Neuer Magnet ohne die Nachteile herkömmlicher Samarium- und Neodym-Magnete

10. Oktober 2017

von Anne M. Stark, Lawrence Livermore National Laboratory

Forscher des Lawrence Livermore National Laboratory haben einen neuen, effizienteren Permanentmagneten entwickelt, der die Mängel herkömmlicher Samarium- und Neodym-Magnete beseitigt.

Der vorgeschlagene Magnet basiert auf dem bekannten Magneten aus Samarium und Kobalt (SmCo5, CaCu5-Struktur), geht jedoch noch einen Schritt weiter und ersetzt den größten Teil des Kobalts durch Eisen und Nickel.

Modernere Neodym-Magnete sind gegenüber SmCo5 aufgrund ihrer größeren Maximalenergie im Vorteil. Der neue Magnet beseitigt jedoch die meisten Nachteile von SmCo5 und behält gleichzeitig seine überlegene Hochtemperatureffizienz gegenüber den Neodym-Magneten bei.

Leider wird die gewöhnliche hexagonale Phase thermodynamisch instabil, wenn alle Kobaltatome durch Eisen ersetzt werden, das ein größeres magnetisches Moment aufweist, das zur Erhöhung des maximalen Energieprodukts beiträgt. Diese Phase ist jedoch entscheidend für die Materialeigenschaften und muss für einen praktischen Magneten beibehalten werden. Die Laborforscher konnten dieses Problem umgehen und die hexagonale Phase durch Zugabe einer kleinen Menge Nickel stabilisieren.

Anhand von Ab-initio-Berechnungen der elektronischen Struktur stellten die Lawrence-Livermore-Wissenschaftler Per Soderlind, Alexander Landa, Daniel Aberg, Marcus Dane und Patrice Turchi fest, dass ihr neuer Magnet (SmCoNiFe3) vielversprechende magnetische Eigenschaften aufweist und SmCo5- oder Neodym-Magnete in verschiedenen Anwendungen ersetzen könnte.

Der neue effiziente Permanentmagnet ersetzt den größten Teil des Kobalts in SmCo5 durch Eisen und dotiert es mit einer kleinen Menge Nickel. „Dies ist eine sehr aktuelle Entdeckung, da die Kobaltpreise gestiegen sind und sich in diesem Jahr aufgrund der erwarteten Nachfrage nach Lithium-Ionen-Kobalt-Batterien fast verdoppelt haben“, sagte Soderlind. „Eisen hingegen ist reichlich vorhanden und sehr preiswert.“

Die Forscher haben auf der Grundlage dieser Forschung auch ein vorläufiges Patent angemeldet.

Forscher der Universität Uppsala und des Ames Laboratory trugen ebenfalls zu der Forschung bei, die in der Ausgabe der Zeitschrift Physical Review B vom 14. September erscheint.

Mehr Informationen: P. Söderlind et al. Vorhersage des neuen effizienten Permanentmagneten SmCoNiFe3, Physical Review B (2017). DOI: 10.1103/PhysRevB.96.100404

Zeitschrifteninformationen:Körperliche Untersuchung B

Zur Verfügung gestellt vom Lawrence Livermore National Laboratory