試析新能源材料在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用

嚴(yán)立云

（1.吉林師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林 四平 136000；2.物理國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（吉林師范大學(xué)），吉林 四平 136000）

0 引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展背景下，我國(guó)新能源汽車(chē)行業(yè)也得到進(jìn)一步發(fā)展，新能源材料在新能源汽車(chē)的應(yīng)用引起高度重視，特別是發(fā)展新能源技術(shù)過(guò)程中，所要用的儲(chǔ)氫合金、鋰離子電池、硅半導(dǎo)體等關(guān)鍵材料，可以推動(dòng)新能源汽車(chē)走向節(jié)能主流方向，應(yīng)用新能源材料后新能源汽車(chē)性能也會(huì)得到優(yōu)化，并能更好滿(mǎn)足人們需求[1]。本文聯(lián)系新能源汽車(chē)基本概述，對(duì)新能源汽車(chē)所用新能源材料及發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行細(xì)致闡述，并從動(dòng)力電池材料、驅(qū)動(dòng)電機(jī)材料、輕量化材料、納米材料等方面入手，詳盡探討新能源材料在新能源汽車(chē)上的實(shí)踐應(yīng)用。

1 新能源汽車(chē)基本概述

新能源汽車(chē)，即使用非常規(guī)車(chē)用燃料為動(dòng)力來(lái)源，綜合車(chē)輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制方面先進(jìn)技術(shù)，所形成的具有新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的汽車(chē)[2]。對(duì)新能源汽車(chē)進(jìn)行分類(lèi)，主要包含以下四種：（1）混合動(dòng)力汽車(chē)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是既采用傳統(tǒng)燃料，又配備電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)，用以改善燃油消耗和動(dòng)力輸出的汽車(chē)，具體包含插電和非插電混合電動(dòng)汽車(chē)，前者純電續(xù)航里程時(shí)間長(zhǎng)、成本比較低、實(shí)現(xiàn)零排放，后者污染少、油耗低、成本少；（2）純電動(dòng)汽車(chē)，顧名思義就是主要采用電力驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，其發(fā)展重點(diǎn)在于電力儲(chǔ)存技術(shù)上面，而電力能源的獲取可以通過(guò)水力、風(fēng)力、光熱等實(shí)現(xiàn)，借助電力儲(chǔ)存技術(shù)保障汽車(chē)電池功能，不僅可以滿(mǎn)足汽車(chē)行駛動(dòng)力的要求，還能取得節(jié)約能源和減少二氧化碳排放的效果；（3）燃料電池汽車(chē)，就是將氫氣、甲醛等作為燃料，在通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流以后，可以依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，關(guān)鍵點(diǎn)在燃燒電池能量轉(zhuǎn)換上，不僅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生污染物，燃燒電池能源轉(zhuǎn)換效率也比較高，可以滿(mǎn)足汽車(chē)使用動(dòng)力要求；（4）其他新能源汽車(chē)，具體包含氫動(dòng)力、燃?xì)馄?chē)等，其中燃?xì)馄?chē)就是以壓縮天然氣、液化石油氣等作為燃料的汽車(chē)，運(yùn)行成本低、技術(shù)成熟、安全可靠，不過(guò)要達(dá)到理想要求，在汽車(chē)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)上，必須與燃料相適應(yīng)[3]。

2 新能源汽車(chē)使用新能源材料及發(fā)展?fàn)顩r分析

2.1 新能源汽車(chē)使用的新能源材料

新能源汽車(chē)要超越傳統(tǒng)汽車(chē)，就要在新能源材料使用上尋求突破，這些材料主要有驅(qū)動(dòng)電機(jī)材料、動(dòng)力電池材料、輕量化材料等，其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)材料是促進(jìn)能源轉(zhuǎn)化為汽車(chē)驅(qū)動(dòng)力的核心材料，而動(dòng)力電池材料的有效運(yùn)用，可以保障汽車(chē)電力儲(chǔ)存，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、安全高效等優(yōu)勢(shì)也能得到有效發(fā)揮，輕量化材料運(yùn)用以后，可以滿(mǎn)足新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)能源消耗減少要求，并在減少新能源汽車(chē)消耗、提高新能源汽車(chē)性能等方面，超越傳統(tǒng)汽車(chē)獲得進(jìn)一步發(fā)展。

2.2 新能源材料發(fā)展?fàn)顩r

新能源材料從根本上來(lái)說(shuō)，就是發(fā)展新能源技術(shù)需要運(yùn)用的關(guān)鍵材料，具體包含儲(chǔ)氫合金為代表的儲(chǔ)氫材料、硅半導(dǎo)體為代表的太陽(yáng)能電池材料、鋰離子電池為代表的二次電池材料等。結(jié)合實(shí)際，發(fā)現(xiàn)我國(guó)以?xún)?chǔ)氫材料為主的功率鎳氫電池出口量已經(jīng)超過(guò)了日本，并且成為生產(chǎn)鋰離子電池的第二大生產(chǎn)國(guó)，燃料電池材料在移動(dòng)設(shè)備、發(fā)電、軍事等領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，太陽(yáng)能也已經(jīng)深入到實(shí)際生活領(lǐng)域當(dāng)中[4]。

3 新能源材料在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用探討

3.1 動(dòng)力電池材料

動(dòng)力電池材料在新能源汽車(chē)上進(jìn)行應(yīng)用，可以極大保證汽車(chē)電力儲(chǔ)存。目前，新能源汽車(chē)所采用的動(dòng)力電池，多數(shù)以鉛酸、鎳氫、鋰離子等電池為主，并且因?yàn)檫@些電池具有技術(shù)成熟、成本較低、性能可靠等優(yōu)勢(shì)，在新能源汽車(chē)領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛推廣和應(yīng)用，然而在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，鉛酸電池、鋰離子電池依然要面臨諸多不足，如：鉛酸電池進(jìn)行高倍率充放電，會(huì)影響到電池實(shí)際使用壽命；鋰離子電池工作溫度控制不足，會(huì)影響到使用安全性等。我國(guó)鋰資源蘊(yùn)藏十分豐富，在為新能源汽車(chē)鋰離子動(dòng)力電池研究與發(fā)展提供豐富原材料的基礎(chǔ)上，也推動(dòng)新能源汽車(chē)動(dòng)力結(jié)構(gòu)創(chuàng)新升級(jí)，進(jìn)而在更好滿(mǎn)足新能源汽車(chē)使用性能要求中獲得進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)對(duì)鎳氫電池進(jìn)行制造，鎳在整體成本中僅占3/5比重，鋰離子電池材料由于是由電解液、正負(fù)極材料、隔膜等構(gòu)成，各自材料占比約為1/4，在對(duì)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池進(jìn)行制造時(shí)，就會(huì)對(duì)鎳、鋰、錳等能源材料進(jìn)行使用，其中正極材料大部分會(huì)選用硫酸鐵鋰為主要材料[5]。

3.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)材料

與新能源汽車(chē)電池技術(shù)相比較，驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)發(fā)展更為成熟，特別是在永磁同步電機(jī)方面，不僅在各類(lèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)中占據(jù)領(lǐng)先位置，還能有效滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)實(shí)際動(dòng)力要求。并且在永磁同步電機(jī)當(dāng)中，永磁材料是其重要組成部分，尤其是釹鐵硼，更是磁性最優(yōu)的永磁體，稀土資源中存在的釹元素，就是用來(lái)對(duì)高功率輕質(zhì)磁鐵進(jìn)行制作，因此在對(duì)新能源汽車(chē)新能源材料應(yīng)用進(jìn)行研究時(shí)，就可以將稀土資源作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要內(nèi)容，并通過(guò)稀土永磁材料有效應(yīng)用，更好滿(mǎn)足新能源汽車(chē)整體設(shè)計(jì)偏向于大功率、小型化等方面要求，如：本田、通用等汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家在對(duì)新能源汽車(chē)進(jìn)行研發(fā)時(shí)，就會(huì)對(duì)稀土永磁電機(jī)進(jìn)行使用。

3.3 輕量化材料

動(dòng)力電池、輕量化材料是影響新能源汽車(chē)發(fā)展的主要因素，特別是在汽車(chē)輕量化方面，就要通過(guò)形狀、材料、設(shè)計(jì)、功能等輕量化綜合運(yùn)用實(shí)現(xiàn)，并且根據(jù)相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)輕量化以后可以減少1/2能源消耗和行駛阻力，為資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)作出巨大貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，新能源汽車(chē)的輕量化實(shí)現(xiàn)，所使用基本材料主要有鋼鐵材料、鋁合金材料、復(fù)合材料等，其中鋼鐵材料是汽車(chē)車(chē)身構(gòu)成的主要材料，實(shí)際操作中可以通過(guò)使用高強(qiáng)度鋼，使汽車(chē)達(dá)到輕量化，而鎂合金具有散熱性好、阻尼減震強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，就可以使用這一材料用對(duì)汽車(chē)方向盤(pán)、儀表盤(pán)等關(guān)鍵零部件進(jìn)行制作，對(duì)新能源汽車(chē)車(chē)身則全部使用鋁合金，整體減重可達(dá)到50%，既能夠減少電池成本，又能夠提升汽車(chē)性能[6]。最后復(fù)合材料在新能源汽車(chē)上進(jìn)行使用，多會(huì)運(yùn)用在汽車(chē)車(chē)身、前后護(hù)板等部件設(shè)計(jì)與制造上面，不僅可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化目標(biāo)，還能起到降低油耗作用。

3.4 納米材料

納米材料因其體現(xiàn)出的抗紫外線(xiàn)強(qiáng)、強(qiáng)度韌性高、靜電屏蔽效應(yīng)好等優(yōu)勢(shì)，在新能源汽車(chē)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前，納米材料在新能源汽車(chē)上進(jìn)行應(yīng)用，更多體現(xiàn)在汽車(chē)保險(xiǎn)桿、機(jī)械磨損、儀表盤(pán)、汽車(chē)電池等方面，不僅可以減少汽車(chē)能源消耗，還能降低汽車(chē)使用成本，汽車(chē)尾氣帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，也能從根本上進(jìn)行解決，如：將納米油漆運(yùn)用到新能源汽車(chē)車(chē)身上面，不僅可以保證車(chē)身美觀性，還能減少車(chē)身刮痕；納米塑料用于新能源汽車(chē)保險(xiǎn)桿、儀表盤(pán)等，可以顯示較好光澤度和透明度；納米潤(rùn)滑劑在新能源汽車(chē)上使用，可以妥善解決汽車(chē)機(jī)械磨損問(wèn)題；納米汽油、納米電池在新能源汽車(chē)上應(yīng)用，可以降低汽車(chē)油耗，并提升實(shí)際使用性能。

3.5 有機(jī)玻璃

有機(jī)玻璃具有性質(zhì)穩(wěn)定、有機(jī)環(huán)保、不易破碎等特點(diǎn)，在汽車(chē)制造、航空航天等領(lǐng)域中已經(jīng)得到較為廣泛應(yīng)用，而在新能源汽車(chē)領(lǐng)域中，對(duì)有機(jī)玻璃進(jìn)行應(yīng)用，更多是作為汽車(chē)側(cè)面、后邊擋風(fēng)玻璃的主要材料，在極大滿(mǎn)足汽車(chē)車(chē)窗擋風(fēng)玻璃抗沖擊、透光等需求的基礎(chǔ)上，還可以作為汽車(chē)外罩、汽車(chē)光澤裝飾物等材料，以保障汽車(chē)車(chē)身不受紫外線(xiàn)侵?jǐn)_，實(shí)際駕駛時(shí)也不會(huì)阻擋駕車(chē)視野[7-8]。甚至，還可以利用石墨烯對(duì)新能源汽車(chē)有機(jī)玻璃進(jìn)行制造，不僅可以提高有機(jī)玻璃光學(xué)性能，整個(gè)新能源汽車(chē)使用性能也會(huì)得到進(jìn)一步提升，由于石墨烯是世界上最薄最硬又具有一定柔韌性的納米材料，其透光率可達(dá)到97%以上，導(dǎo)熱系數(shù)比金剛石和碳納米管還要高很多，將之運(yùn)用到汽車(chē)電池中，可以提高汽車(chē)充電速度和效率，在汽車(chē)車(chē)窗玻璃中運(yùn)用，可以保證散熱、透光性能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文是對(duì)新能源材料在新能源汽車(chē)上應(yīng)用的分析，隨著新能源汽車(chē)不斷發(fā)展，對(duì)新能源材料有效開(kāi)發(fā)與利用也引發(fā)極大關(guān)注，要通過(guò)新能源材料應(yīng)用優(yōu)勢(shì)有效發(fā)揮，助力新能源汽車(chē)創(chuàng)新升級(jí)和持續(xù)發(fā)展，就要對(duì)新能源汽車(chē)有一定了解，并根據(jù)當(dāng)前新能源汽車(chē)新能源材料的實(shí)際使用情況，對(duì)動(dòng)力電池材料、驅(qū)動(dòng)電機(jī)材料、輕量化材料等新能源材料進(jìn)行深入探究，進(jìn)而在新能源汽車(chē)中對(duì)這些材料進(jìn)行有效應(yīng)用，助力新能源汽車(chē)結(jié)構(gòu)性能不斷優(yōu)化，并朝著更好方向邁進(jìn)。