Neue Hartmagnete ohne Seltenerdmetalle

© Fraunhofer IWM
Magnetische Spinpolarisation an einer Korngrenze in einem ferromagnetischen Metall auf atomarer Skala.

Für neuartige, starke Dauermagnete besteht in den Zukunftsbranchen Elektromobilität und Erneuerbare Energien zurzeit eine sehr große Nachfrage. Die aktuell eingesetzten Dauermagnete enthalten die Seltenerdmetalle Neodym und Dysprosium. Die Versorgungssicherheit dieser Elemente wird als kritisch eingestuft, da sie zu 90% aus China importiert werden und ihre Preise am Markt stark schwanken. Wir haben uns die materialwissenschaftliche Aufgabe gestellt, durch Computational-Screening-Simulationen nach neuartigen intermetallischen Phasen mit guten hartmagnetischen Eigenschaften zu suchen. Solche Substitutionsmaterialien sollen möglichst geringe Mengen an Seltenerdmetallen und ansonsten leicht verfügbare, ungiftige und kostengünstige Rohstoffe enthalten. Zur Suche nach SE-freien Materialsubstituten wird die ab-initio-Dichtefunktionaltheorie zur Berechnung magnetischer Kenngrößen für reale und hypothetische Kristallphasen eingesetzt. Mittels materialtheoretischem »High-Throughput Screening« und informationstheoretischem »Data Mining« werden aus Tausenden von Magnetphasen vielversprechende Kandidaten vorhergesagt.

Die am Fraunhofer IWM entwickelte Web-Anwendung MagnetPredictor demonstriert den Nutzen von modernen Machine Learning Methoden für die Vorhersage der magnetischen Eigenschaften von (virtuellen) intermetallischen Verbindungen mit beliebigen chemischen Zusammensetzungen.

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 Weiterführende Informationen#

Fraunhofer IWM Videoserie: Atomistische Simulationsmethoden#

Dr. Daniel Urban

Wie können atomistische Simulationsmethoden dabei helfen kritische Elemente zu ersetzen?

 

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Publikationen #

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  • NEXT – Neue Supermagnete exzellent in Leistung und RE-Effizienz
    Abschlussbericht (2018)
    Krugel, G.; Lehner, A.; Urban, D.; Elsässer, C.; Goll, D.; Löffler, R.; Schneider, G.
    Fördermittelgeber: Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg
    Förderkennzeichen: AZ:019-055034/AJ
    Projektlaufzeit: 17.08.2015 bis 30. 06.2018
    Link
  • Krugel, G.; Körner, W.; Urban, D.F.; Gutfleisch, O.; Elsässer, C., High-throughput screening of rare-earth-lean intermetallic 1-13-X compounds for good hard-magnetic properties, Metals 9/10 (2019) 1096 1-13 Link
  • Körner, W.; Krugel, G.; Urban, D.F.; Elsässer, C., Screening of rare-earth-lean intermetallic 1-11 and 1-11-X compounds of YNi9In2-type for hard-magnetic applications, Scripta Materialia 154 (2018) 295-299 Link
  • Möller, J.; Körner, W.; Krugel, G.; Urban, D.F.; Elsässer, C., Compositional optimization of hard-magnetic phases with machine-learning models, Acta Materialia 153 (2018) 53-61 Link
  • Körner, W.; Krugel, G.; Elsässer, C.; Theoretical screening of intermetallic ThMn12-type phases for new hard-magnetic compounds with low rare earth content, Scientific Reports 6 (2016) 24686 1-9; 142/2016 Link
  • Drebov, N.; Martinez-Limia, A.; Kunz, L.; Gola, A.; Shigematsu, T.; Eckl, T.; Gumbsch, P.; Elsässer C.; Ab initio screening methodology applied to the search for new permanent magnetic materials; New Journal of Physics 15 (2013) 125023 1-24 Link

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