稀土元素在汽車領域的應用 - 汽車

教主一如往常的用選擇性跟和稀泥的方式想打臉可能的電車板板主
第一個是把所有稀土元素混在一起講，不同元素有不同的應用
第二個是只選擇性講油車或其它產業用到的，電車就講一個跟稀土最沒關係的鋰電池
跟電車最有關係的永磁馬達就直接跳過

如果教主這篇講稀土的應用有在車板發文的價值，那我想稀土在馬達上現況應該
也很有價值才對，可能教主覺得永磁馬達常用上稀土是常識，所以不需要講?
因為我只看電視又沒常識，所以請教了谷哥老師，
人生在車板的第一篇廢文就發給這個標題了(希望不要因此被水桶)

※ 引述《Scape (缺鈣缺很大)》之銘言：
: 稀土元素(Rare-earth element)
: 稀土金屬，或稱稀土元素，是元素週期表上第Ⅲ族之鈧、釔和鑭系元素共17種
: 金屬化學元素的合稱，皆屬於副族元素。鈧和釔因為經常與鑭系元素在礦床中
: 共生，且具有相似的化學性質，故被認為是稀土元素的一員。
: 與其名稱暗示的不同，稀土元素在地殼中的豐度相當高，其中鈰在地殼元素豐
: 度排名第25，占0.0068%（與銅接近），是含量最高的稀土元素。
: 雖然稀土元素並不稀有，但其傾向於兩兩或多種一起生成合金，而難以將稀土
: 元素彼此單獨分離，此外稀土元素在地殼中的分布相當分散，很少有稀土元素
: 集中到容許商業開採的礦床，因此被稱為「稀土」元素。
: 另外稀土元素中含量最少的是鎦，但在地殼中的含量比金甚至還要高出200倍。
: https://en.wikipedia.org/wiki/Rare-earth_element
: http://scimonth.blogspot.com/2011/04/blog-post_1131.html
: 而在汽車領域的應用，部分稀土元素例如釹會用在馬達的磁鐵上，以及車內各

這裡教主跳過

: 種元件等有可能使用到各類稀土元素，像是氧化鈰也常被做為汽車玻璃拋光之
: 用，鄉民有的甚至也會拿來除油膜、氧化鑭做為玻璃添加劑製造螢幕、相機鏡
: 頭，還有汽車音響等，甚至內裝用到的皮革、布料等其生產過程也都會使用到
: 稀土。
: 不過大多數產品的稀土使用量極少，使用量最多的還是石油裂解時做為催化劑
: 使用、以及製作現代燃油車必備的觸媒轉化器。在中油官網上對稀土的介紹中
: 說到：
: "稀土的用途中在美國產業界使用最多是排氣催化控制及石油化學
: 催化劑、稀土磁鐵，另有綠色科技及國防科技等。"
: https://www.cpc.com.tw/cp.aspx?n=248
: 而觸媒轉化器使用的原料除了貴金屬之外，主要是以氧化鈰、氧化鐠和氧化鑭
: 的混合物為主，其中氧化鈰是關鍵成份。由於氧化鈰的氧化還原特性，可以有
: 效地控制排放廢氣的成分。另外將稀土氧化物（Ceo2、Y2O3）加入催化劑中，
: 能提高催化劑的抗鉛、硫中毒性能、耐高溫穩定性。這些稀土元素還能降低貴
: 金屬的使用量並且提高觸媒轉化器的效能。
: http://bit.ly/2w4FHeH
: https://phys.org/news/2017-12-catalyst-exhaust-modern.html
: 而在未來的應用上，馬達自然不必說，永磁馬達內的磁鐵會用到銣金屬；鈰除

這裡教主跳過

: 了用在拋光粉、催化劑外，還會用在儲氫材料、燃料電池原料上，是未來氫燃
: 料電池電動車不可或缺的。
: https://bloom.bg/2T2n4AY
: 而目前電動車常用的鋰離子電池以Tesla 為例，Tesla 採用的是NCA 電池，其
: 正極材料組成為鎳、鈷、鋁，其中最貴最稀少也是爭議最多的材料為鈷，因為
: 鈷的來源大約有三分之二都來自於剛果共和國，而剛果因為時常雇用大量童工
: 而在國際社會上引起關注，而Tesla 電池大致上可分為三個時期：
: Stage 1 (2009 - 2012)
: 這時期用的是18650電池，使用在Tesla Roadster 與初代Model S 上
: 每輛車約需要11公斤的鈷
: Stage 2 (2016 - 2018)
: 這時期用的同樣是18650電池，用在Model S 二代車型與Model X 上
: 但每輛車所需的鈷降至7公斤
: Stage 3 (2018 - )
: 這時期的電池外型變了，2170電池目前只用在Model 3 上
: 並且每車所使用的鈷降至4.5公斤
: https://www.ptt.cc/bbs/car/M.1533746808.A.E89.html
: 可以看到鈷的用量是逐年遞減，未來甚至可能完全不使用鈷(這要等到四月份
: Tesla 舉辦的電池日會議上才會明朗)，而且製造電池並無直接使用大量的稀土
: 元素當成原料。(註：鈷並非稀土元素)

跟稀土比較沒關係的鋰電池卻講很多
平衡一下報導，從這裡開始講磁鐵相關
目前永磁可以生產出最強磁力的磁鐵(如果有錯請指教)是釹鐵硼磁鐵(Nd2Fe14B)
馬達用強力磁鐵的好處是一樣的電流可以產生更強的磁力
如果用一般磁鐵，磁場沒這麼強，想要產生一樣的力量就得加大電流
加大電流意味著更大的損耗，對於電動車斤斤計較的能源來說，
強力磁鐵可以比較省電，同樣電量可以跑比較遠。
而磁鐵日常生活中也常常用到，像高價耳機可能就有用到釹鐵硼磁鐵
然後來看下面這篇
https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/2012-01-1061/
其中提到
"We estimate that approximately 0.44 kg of rare earths are used in a
typical conventional sedan, with approximately 80% of the rare earth
content in magnets. As such, neodymium is the most extensively used
rare earth, followed by cerium, which is used mainly in catalytic
converters. The mass of rare earths in a full hybrid electric vehicle
with a nickel metal hydride battery is approximately 4.5 kg. A full
hybrid electric vehicle with a lithium-ion battery contains
approximately 1 kg of rare earth elements. Future plug-in hybrid
electric and battery electric vehicles are expected to be equipped
with lithium-ion batteries and have rare earth contents that still
need to be evaluated."
一台轎車大概會用到0.44kg的稀土(rare earths)，其中80%是用在磁鐵上面的釹
(neodymium)，第二多的是用在catalytic converters(我想這應該就是觸煤吧？)
的鈽(cerium)，而使用鎳氫電池的(nickel metal hydride battery)的油電車會
用到4.5kg的稀土，而用鋰電池的油電車會用到1kg的稀土。

從第一句話跟第二句話中，我們可以推測鋰電池油電車稀土使用量增加，主要
是因為多了永磁馬達的緣故。
(我不想浪費錢下載全文，他怎麼分析的請自己去看)

所以稀土中的釹就成了永磁馬達中相當重要的角色
那釹的現況呢？
https://www.reuters.com/article/us-metals-autos-neodymium-analysis/teslas-electric-motor-shift-to-spur-demand-for-rare-earth-neodymium-idUSKCN1GO28I
(縮https://tinyurl.com/yaer93kg)
Global demand of 31,700 tonnes for neodymium last year already outstripped
supply by 3,300 tonnes, he said. Demand was expected to climb to 34,200
tonnes this year and 38,800 tonnes in 2019, leaving larger deficits.
(根據文章的內容，我猜是2010的資料)

所以釹的供給<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<需求
另外，因為中國是重要稀土生產國，所以目前全球的永磁MRI幾乎都在中國
或是中國製造，因為永磁磁鐵相較於高端的超導磁鐵來說價格跟維護都便宜許多，
對於中小型醫院來說還算負擔的起。
而永磁MRI光磁鐵重量就可能是1~4台轎車整車的重量，可想而知釹的使用量有多少
可以推測當未來越來越多電動車採用強力永磁磁鐵馬達，
全球搶釹的狀況可能會越來越嚴重，價格也可能越來越高
而中國哪天一個不爽禁止稀土出口，那電動車在中國以外的生產可能遇到困難

那為何不回來用感應馬達？用不到大磁鐵就不會大量使用釹
主要是因為省成本更提高續航力，因為永磁比感應省電，
用感應想達到一樣的續航力，就得比永磁用更多的電池，成本比換成永磁高

至於稀土元素用在鋰電池還屬於研究階段，反正就有人試試發現有比較好的效能
就發了paper，但實際應用上可能就像石墨烯一樣遙遙無期
但目前電池的確是沒用到稀土(至少谷哥不到)

以上模仿教主選擇性的講電動車發展可能遇到釹礦資源的問題
所以個人覺得未來的電車板板主講到馬達與稀土的關係也沒錯
所有內容都谷哥的到(廢文一篇無誤)

: 稀土元素在現代工業中是扮演著維生素的角色，幾乎各行各業都離不開稀土，
: 做為現代工業產物的電動車雖然也離不開稀土，但是要說電動車是不用石油而
: 用量更少的稀土元素去製造高污染電池那是大錯特錯：
: https://i.imgur.com/3xvXphF.png
: https://www.ptt.cc/bbs/car/M.1582628770.A.98E.html
: 首先，電池製造並不直接使用大量稀土，其次，稀土並不稀有。甚至在稀土的
: 使用量上，由於製造石油以及廢氣淨化都需要使用到稀土，燃油車生命週期內
: 原本就已經用了非常多的稀土元素，想借由稀土使用來做為抨擊電動車的藉口
: 只能說是對於現代工業以及稀土元素的不了解、相關知識匱乏所導致的。
: PS:
: 希望未來的ElectroWheel 板板主whizz 能多補充些相關知識，若是對於電動車
: 有這般錯誤認知而若未來又發文誤導他人那可就是害人又害己了。

--