Permanentmagnete auf Basis von Neodym-Eisen-Bor (Nd-Fe-B) sind wichtige Bestandteile von Hightech-Produkten, wie Elektrofahrzeugen oder Windkraftanlagen, die eine zukunftsfähige grüne Energieversorgung ermöglichen. Mit dem Fortschreiten der Energiewende steigt die Nachfrage nach Magneten und Seltenen Erden (SE) drastisch an – das Angebot jedoch ist nicht stabil, denn die EU ist stark von Importen, hauptsächlich aus China, abhängig. Geopolitische Spannungen, Umweltprobleme im Zusammenhang mit der Gewinnung von SE sowie das Fehlen einer erfolgreichen europäischen Magnetindustrie stellen erhebliche Herausforderungen dar.
Permanentmagnete auf Basis von NdFeB sind aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften sehr gefragt. Sie sind komplexe Materialien, die aus mehreren Phasen bestehen, und ihre Gesamtleistung wird durch eine hohe magnetische Remanenz (MR), die sich in der Magnetstärke widerspiegelt, und eine hohe intrinsische magnetische Koerzitivfeldstärke (Hc) bestimmt, die sie widerstandsfähig gegen Entmagnetisierung macht. Ihr maximales Energieprodukt setzt sich also sowohl aus der MR als auch aus der Hc zusammen. Da Magnete bei hohen Temperaturen funktionieren müssen, wie zum Beispiel in Traktionsmotoren von Elektrofahrzeugen, hat eine hohe Hc in der Regel Vorrang vor einer hohen MR, was sich negativ auf die mit der MR verbundenen Leistungsabgabe auswirkt.
Entmagnetisierung beginnt an Korngrenzen
In konventionell gesinterten Magneten sind die NdFeB-Körner mikroskopisch klein und die Bereiche zwischen den Körnern werden als Korngrenzen bezeichnet. Wenn sie einer entmagnetisierenden Kraft ausgesetzt werden, beginnt die Entmagnetisierung an den Korngrenzen mit der Korngrenzen-Phase, bevor sie sich schnell ausbreitet und die Koerzitivfeldstärke des Magneten beeinflusst.
An dieser Stelle kommt Greene ins Spiel: Greene-Partner erweitern die Grenzen des Möglichen in der Materialwissenschaft, indem sie einkörnige Nd-Fe-B-Permanentmagnete mit einer neuen Korngrenzfläche entwickeln, wodurch der SE-Anteil der Magnete verringert werden kann. Die neuen Greene-Magnete werden so ressourceneffizienter und weisen eine um etwa 20 Prozent höhere Koerzitivfeldstärke, eine um 10 Prozent höhere magnetische Remanenz und ein um 20 Prozent höheres maximales Energieprodukt auf.
„Greene zielt darauf ab, wichtige Technologien, Kenntnisse und Werkstoffe in der EU zu entwickeln und so die Unabhängigkeit und industrielle Wettbewerbsfähigkeit Europas entsprechend den Bedürfnissen der Industrie zu stärken. Das Projekt wird bedeutende wissenschaftliche Fortschritte erzielen und zum Wachstum der grünen Technologien beitragen. Daher werden die nächsten vier Jahre für die Forschung im Bereich der Permanentmagnete von entscheidender Bedeutung sein“, so Prof. Kristina Žužek, Koordinatorin von Greene.
Schaffen von mikromagnetischen Simulationen
Im ersten Schritt werden mithilfe mikromagnetischer Simulationen und computergestützter Thermodynamik neue Korngrenzen und -flächen geschaffen. Nach einer ersten Testphase wird die Technologie dann auf isolierte Körner aus recycelten und frischen Materialströmen angewendet, um eine neue Form von Nd-Fe-B-Magneten zu entwickeln. Am Ende des Projekts wird das Magnetherstellungssystem in einer realen Betriebsumgebung eingesetzt.
Um dieses ehrgeizige Vorhaben zu verwirklichen, haben sich 15 europäische Partner mit herausragender Expertise in ihren jeweiligen Fachgebieten zusammengeschlossen, darunter führende Materialwissenschaftler, Magnethersteller und -recycler, Experten für Lebenszyklusanalysen sowie Endverbraucher.
