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14.06.2013 | Automobilelektronik + Software | Im Fokus | Onlineartikel

Seltenerdmetalle: Aufputschmittel für das Elektroauto

Autor:
Andreas Burkert
3 Min. Lesedauer

Zahlreiche elektrische und elektronische Komponenten offenbaren erst dank Seltenerdmetalle ihre Stärken. Das metallische Pulver macht beispielsweise Magnete noch magnetischer. Es wäre das Wundermittel für die Elektromobilität, wenn nicht diese Vorteile teuer erkauft werden müssten.

Der Erfolg einer flächendeckenden Elektromobilität hängt Experten zufolge von der unbegrenzten Verfügbarkeit von Neodym und Co. ab. Denn mit dem geschickten Hinzumischen dieser Seltenerdmetalle werden unter anderem Magnete noch magnetischer. Und mit Yttrium, Cer und Neodym - die im Übrigen in der Erdhülle häufiger vorhanden sind als Blei - wie auch Lanthan, Praseodym, Samarium, Europium und Gadolinium lassen sich gezielt elektrische Eigenschaften optimieren. Bereits in kleinsten Mengen wirken sie sozusagen als Aufputschmittel auf die Eigenschaften anderer Stoffe und machen sie magnetischer, glänzender oder hitzebeständiger.

Ein genauer Blick unter die Motorhaube verdeutlicht, wie viele Hightech-Produkte mittlerweile von einzelnen chemischen Elementen der Metalle abhängig sind. Zwar werden sie auch beispielsweise für das Cracken von Erdöl sowie für Polituren genutzt. Doch am häufigsten wurden Seltenerdmetalle in der Vergangenheit für Magnete und Batterien gebraucht. Experten zufolge wird das voraussichtlich auch 2014 so sein. Derzeit, so scheint es, kommt keine Hochtechnologie ohne diese Zusätze aus. Vor allem Entwickler extrem starker Magnete sind darauf angewiesen. Sie brauchen die unter dem Namen Seltenerdmagnete zusammengefasste Gruppe von Permanentmagneten für das Konstruieren effizienter und leistungsstarker Elektromotoren.

Supermagnete für Elektroautos dank Neodym

Die Magnete werden dazu im Wesentlichen aus Eisenmetallen (Eisen, Cobalt, seltener Nickel) und Seltenerdmetallen (Neodym, Samarium, Praseodym, Dysprosium, Terbium, Gadolinium) gefertigt. In dem richtigen Mischungsverhältnis zugesetzt, verleihen sie dem Eisen sowohl eine hohe magnetische Remanenzflussdichte als auch eine hohe magnetische Koerzitivfeldstärke. Und werden die Metalle der Selten Erden optimal kombiniert, erreicht ihr Energieprodukt, das Maß für die speicherbare magnetische Energie, eine Wert von über 400 kJ/m3.

Damit weisen die Seltenerdmagnete eine derart hohe magnetische Energiedichte auf, dass sie für Hybrid- sowie für Elektrofahrzeuge unentbehrlich geworden sind. Ein Vergleich mit einem herkömmlichen Bariumferrit-Magnet veranschaulicht die Bedeutung für die Entwickler von Elektrofahrzeugen. Für das Erzeugen eines magnetischen Feldes von 100 mT in 1 mm Entfernung von der Polfläche, muss ein Bariumferrit-Magnet mehr als 30 mal größer sein als ein Neodym-Eisen-Bor-Magnet.

Seltenerdmetalle sind begehrt und deshalb teuer

Auch wenn der Anteil der Seltenerdmetalle am Elektroantrieb im Verhältnis zum Gesamtverbrauch im Fahrzeug gering ist. Von den 4 kg Seltenerdmetalle, die sich beispielsweise im VW Touareg Hybrid finden, wird der größte Anteil für die Batterie benötigt. Doch auch in anderen elektronischen Systemen im Automobil ist der Rohstoff wichtiger Bestandteil einer fortschrittlichen Mobilität geworden. Zwar gelang es mittlerweile, den Anteil Seltenerdmetalle in einigen Fahrzeugen, wie dem aktuellen Audi Q5, auf etwas unter 1 kg zu reduzieren - vor allem, weil dort nunmehr eine Lithium-Ionen-Batterie zum Einsatz kommt. Doch werden die in allen elektrischen und elektronischen Systemen beigemischten Seltenerdmetalle addiert, so sind die Mengen enorm und bereiten der Automobilbranche große Sorge.

Dass da ein Ressourcenproblem droht, ist vielen bekannt. Denn die weltweit steigende Nachfrage nach leistungsfähigeren Materialien verstärkt den Ansturm auf die Metalle der Seltenen Erden. Zwar sind im Grunde etliche dieser Metalle wie Neodym nicht wirklich selten, die Preise aber dennoch hoch. Die hohen Preise können deshalb verlangt werden, weil die Metalle heute nur an wenigen Orten der Welt in wirtschaftlich förderbaren Mengen vorkommen.

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