La mayoría de los vehículos eléctricos del mercado cuentan para propulsarse con un motor eléctrico síncrono de imanes permanentes. Incrustados en su rotor, incorporan una serie de imanes compuestos por tierras raras, un material escaso, caro y difícil de reciclar. Aunque existen tecnologías de motor que evitan estos inconvenientes, esta tipología sigue siendo la preferida por los fabricantes.
Estos imanes permanentes se construyen actualmente a partir de elementos como el disprosio, el gadolinio o el neodimio, cuyo control está en manos en su mayoría de China y que son cada vez más difíciles de obtener. De ahí la necesidad de encontrar una alternativa viable a este componente que no dependa de materias primas escasas.
Investigación de CMI y Ames Lab
La investigación publicada en el Journal of Magnetism and Magnetic Materials bajo el título "Engineering microstructure to improve coercivity of bulk MnBi magne", explica el desarrollo de un nuevo método de fabricación de imanes de bismuto de manganeso (MnBi) basado en la ingeniería de microestructuras.
El trabajo ha sido desarrollado por un equipo de investigadores del Critical Materials Institute (CMI), perteneciente al Departamento de Energía de EE.UU (DOE), y del Laboratorio Nacional Ames.
Según Wei Tang, investigador de CMI y científico de Ames Lab, mejorar las propiedades de un imán permanente libre de tierras raras creado a partir del MnBi abre la puerta a la fabricación de motores eléctricos compactos y económicos, que pueden ser empleados por la industria de la automoción. "Si usamos imanes de alta densidad de potencia, podemos reducir el tamaño del motor y hacerlo más compacto", dice Tang.
Superando los problemas del magnetismo
Los imanes permanentes utilizados en los motores eléctricos requieren una elevada densidad de energía y altos niveles de magnetismo y coercitividad. Esta última propiedad se define como la capacidad de un imán para mantener su nivel de magnetismo cuando es expuesto a las altas temperaturas o a otras influencias externas que podrían desmagnetizarlo.
El MnBi ha sido estudiado por muchos científicos por su potencial como material para crear imanes permanentes sin necesidad de tierras raras. El reto está en que, hasta ahora, se han empleado métodos de fabricación tradicionales. Estos requieren mucho calor para transformar los materiales individuales en un imán. Pero es precisamente ese calor el que reduce su densidad de energía.
Para abordar este problema, los investigadores desarrollaron un proceso alternativo. Tang y su equipo comenzaron utilizando un polvo fino para cada uno de los materiales, aumentando así el nivel de energía magnética inicial. Posteriormente, para formar el imán, emplearon un método de calentamiento tibio en lugar de un método de alta temperatura. Finalmente, la clave de su nuevo proceso fue agregar un componente no magnético que evita que las partículas se toquen entre sí. Este elemento adicional, llamado fase límite de grano, proporciona una estructura extra al imán evitando que el magnetismo que atraviesa las partículas individuales afecte las áreas adyacentes.
A pesar de que en la mayoría de los materiales magnéticos la coercitividad y el magnetismo disminuyen con el aumento de la temperatura, con el MnBi no sucedió así, sino al contrario. Este aumento de la coercitividad es el que favorece que el imán sea más estable a temperaturas elevadas que otros imanes conocidos.
