Po 40 letech přichází průlom: Nový magnet z nitridu železa zásadně změní motory a elektromobily

Permanentní magnety, ačkoliv se o nich často nemluví, tvoří nepostradatelnou součást většiny moderních elektronických zařízení, od elektromobilů a větrných turbín po chytré telefony a reproduktory.

Permanentní magnety, ačkoliv se o nich často nemluví, tvoří nepostradatelnou součást většiny moderních elektronických zařízení, od elektromobilů a větrných turbín po chytré telefony a reproduktory. Jejich klíčová role v elektrifikaci a technologickém pokroku je však ohrožena závislostí na vzácných zeminách, jejichž dodavatelský řetězec je z více než 90 procent soustředěn v Číně. Tom Grainger, obchodní viceprezident společnosti Niron Magnetics, upozorňuje na toto geopolitické riziko a nedostatečné zásoby vzácných zemin, které by uspokojily rostoucí globální poptávku.

Problém se netýká jen těžby, ale celého dodavatelského řetězce, který Grainger označuje za „kritický bod“, na němž závisí globální ekonomika. Poptávka navíc neustále roste – například zdvojnásobení počtu reproduktorů v automobilech znamená zdvojnásobení spotřeby magnetů. I v případě stabilní geopolitické situace by zásoby vzácných zemin byly napjaté. Čína navíc zavedla exportní kontroly na některé kritické vzácné zeminy, což ovlivnilo automobilovou výrobu a urychlilo hledání alternativ v obranných programech. Grainger dokonce přirovnává strategický význam magnetů k polovodičům.

Poslední významný průlom v magnetických materiálech nastal v 80. letech se zavedením magnetů ze vzácných zemin. To znamená čtyři desetiletí, kdy byl design motorů a generátorů omezen stejnými materiály. Nyní však společnost Niron Magnetics přichází s novým řešením: nitridem železa. Ačkoliv byl nitrid železa poprvé identifikován již v 50. letech, teprve nedávné pokroky v zobrazovacích a charakterizačních technologiích v 21. století umožnily pochopit a spolehlivě vyrábět tento materiál v jeho magnetické fázi.

Potenciál nitridu železa je značný. Zatímco magnety z neodymu (vzácné zeminy) dosahují magnetického stropu kolem 1,6 Tesla, u nitridu železa je ekvivalentní limit 2,4 Tesla, což představuje o 50 procent vyšší výkon. Nitrid železa navíc přirozeně dosahuje teplotní stability díky své krystalické struktuře, aniž by vyžadoval vzácné těžké prvky, jako je dysprosium nebo terbium, které jsou nezbytné pro udržení výkonu vzácných zemin při vysokých teplotách.

Jednou z nejzajímavějších aplikací je motor s variabilním tokem. Tradiční motory s permanentními magnety vyžadují při vysokých rychlostech neustálý elektrický vstup pro oslabení toku. Variabilní tok však umožňuje „uzamknout“ magnetické pole, což výrazně zlepšuje účinnost v celém rozsahu rychlostí. V elektromobilech to může znamenat například 2% snížení spotřeby bateriových materiálů, což by mohlo ušetřit náklady nejen na magnety, ale i na celý motor. Podobné úspory se promítají i do spotřebičů a datových center, kde systémy pracují nepřetržitě.