أربعة اتجاهات رئيسية لتطبيق العناصر الأرضية النادرة في المركبات ذات الطاقة الجديدة

في السنوات الأخيرة، أصبحت الكلمات "العناصر الأرضية النادرةيتزايد الحديث عن "مركبات الطاقة الجديدة" و"التنمية المتكاملة" في وسائل الإعلام. لماذا؟ يعود ذلك أساسًا إلى الاهتمام المتزايد الذي توليه الدولة لتطوير صناعات حماية البيئة وتوفير الطاقة، والإمكانات الهائلة لدمج وتطوير العناصر الأرضية النادرة في مجال مركبات الطاقة الجديدة. ما هي الاتجاهات الرئيسية الأربعة لتطبيقات العناصر الأرضية النادرة في مركبات الطاقة الجديدة؟

△ محرك مغناطيسي دائم من معادن أرضية نادرة

I

محرك مغناطيسي دائم من معادن أرضية نادرة

محرك المغناطيس الدائم للأتربة النادرة هو نوع جديد من المحركات المغناطيسية الدائمة ظهر في أوائل سبعينيات القرن الماضي. يشبه مبدأ عمله مبدأ المحرك المتزامن المُثار كهربائيًا، باستثناء أن الأول يستخدم مغناطيسًا دائمًا ليحل محل ملف الإثارة. بالمقارنة مع محركات الإثارة الكهربائية التقليدية، تتميز محركات المغناطيس الدائم للأتربة النادرة بمزايا هامة، مثل الهيكل البسيط، والتشغيل الموثوق، والحجم الصغير، وخفة الوزن، وانخفاض الخسائر، والكفاءة العالية. علاوة على ذلك، يمكن تصميم شكل وحجم المحرك بمرونة، مما يجعله ذا قيمة عالية في مجال مركبات الطاقة الجديدة. تعمل محركات المغناطيس الدائم للأتربة النادرة في السيارات بشكل أساسي على تحويل الطاقة الكهربائية من بطارية الطاقة إلى طاقة ميكانيكية، مما يدفع دولاب الموازنة إلى الدوران وتشغيل المحرك.
II

بطارية طاقة الأرض النادرة

لا يمكن للعناصر الأرضية النادرة أن تشارك في تحضير مواد الأقطاب الكهربائية السائدة حاليًا لبطاريات الليثيوم فحسب، بل تعمل أيضًا كمواد خام لتحضير الأقطاب الكهربائية الموجبة لبطارية الرصاص الحمضية أو بطارية النيكل والهيدريد المعدني.

بطارية الليثيوم: بفضل إضافة عناصر أرضية نادرة، يُضمن استقرار هيكل المادة بشكل كبير، كما تُوسّع القنوات ثلاثية الأبعاد لهجرة أيونات الليثيوم النشطة إلى حد ما. هذا يُمكّن بطارية أيونات الليثيوم المُجهزة من تحقيق استقرار شحن أعلى، وقابلية عكسية للدورة الكهروكيميائية، وعمر دورة أطول.

بطارية الرصاص الحمضية: أظهرت الأبحاث المحلية أن إضافة معادن نادرة تُحسّن قوة الشد، والصلابة، ومقاومة التآكل، ونفاذية الأكسجين الزائدة لسبائك الرصاص في صفيحة القطب الكهربائي. إضافة معادن نادرة إلى المكون النشط تُقلل من إطلاق الأكسجين الموجب، وتُحسّن معدل استخدام المادة النشطة الموجبة، وبالتالي تُحسّن أداء البطارية وعمرها الافتراضي.

بطارية هيدريد النيكل-معدن: تتميز بطارية هيدريد النيكل-معدن بمزايا السعة النوعية العالية، والتيار العالي، والأداء الممتاز في الشحن والتفريغ، وعدم التلوث، ولذلك تُسمى "البطارية الخضراء" وتُستخدم على نطاق واسع في السيارات والإلكترونيات وغيرها. وللحفاظ على خصائص التفريغ عالية السرعة الممتازة لبطارية هيدريد النيكل-معدن مع منع تآكل عمرها الافتراضي، تُقدم براءة الاختراع اليابانية JP2004127549 إمكانية تصنيع كاثود البطارية من سبيكة تخزين الهيدروجين القائمة على النيكل والمغنيسيوم من العناصر الأرضية النادرة.

△ مركبات الطاقة الجديدة

الثالث

المحفزات في المحولات الحفازة الثلاثية

كما هو معروف، لا تحقق جميع مركبات الطاقة الجديدة انبعاثات صفرية، مثل المركبات الكهربائية الهجينة والمركبات الكهربائية القابلة للبرمجة، التي تُطلق كمية معينة من المواد السامة أثناء التشغيل. ولخفض انبعاثات عوادم السيارات، تُضطر بعض المركبات إلى تركيب محولات حفازة ثلاثية الاتجاهات عند مغادرة المصنع. عند مرور عوادم السيارات عالية الحرارة، تُعزز المحولات الحفازة ثلاثية الاتجاهات نشاط أول أكسيد الكربون والهيدروجين وأكاسيد النيتروجين في الهواء عبر عامل التنقية المدمج، مما يُمكّنها من إتمام عملية الأكسدة والاختزال وتوليد غازات غير ضارة، مما يُسهم في حماية البيئة.

المكون الرئيسي للمحفز الثلاثي هو العناصر الأرضية النادرة، التي تلعب دورًا رئيسيًا في تخزين المواد، واستبدال بعض المحفزات الرئيسية، وتعمل كعوامل مساعدة في التحفيز. تتكون العناصر الأرضية النادرة المستخدمة في محفز تنقية الغازات الخلفية بشكل رئيسي من خليط من أكسيد السيريوم، وأكسيد البراسيوديميوم، وأكسيد اللانثانوم، وهي معادن أرضية نادرة غنية في الصين.

 
IV

المواد الخزفية في مستشعرات الأكسجين

تتميز العناصر الأرضية النادرة بوظائف تخزين أكسجين فريدة بفضل بنيتها الإلكترونية الفريدة، وتُستخدم غالبًا في تحضير المواد الخزفية لمستشعرات الأكسجين في أنظمة حقن الوقود الإلكترونية، مما يُحسّن الأداء التحفيزي. نظام حقن الوقود الإلكتروني هو جهاز حقن وقود متطور مُستخدم في محركات البنزين بدون مكربنات، ويتكون بشكل رئيسي من ثلاثة أجزاء رئيسية: نظام الهواء، ونظام الوقود، ونظام التحكم.

بالإضافة إلى ذلك، للعناصر الأرضية النادرة تطبيقات واسعة في أجزاء مثل التروس والإطارات وهياكل السيارات. ويمكن القول إن العناصر الأرضية النادرة عناصر أساسية في مجال مركبات الطاقة الجديدة.