新能源汽車中的新材料應(yīng)用探討

王欣　冬暉

摘 要：我國的新能源汽車研發(fā)還處于起步階段，且發(fā)展相對緩慢，但其是未來節(jié)能的主流方向之一。就新能源汽車中的新材料展開了調(diào)研、整理和分析，希望能為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；材料；混合動(dòng)力；油耗

中圖分類號：U465；U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：2095-6835（2014）16-0027-02

進(jìn)入21世紀(jì)以來，能源和環(huán)境成為人類社會(huì)面臨的兩大問題。一方面，傳統(tǒng)汽車行業(yè)不斷發(fā)展，國際能源消耗日漸增大，能源儲(chǔ)量日漸縮減，國際油價(jià)不斷升高；另一方面，傳統(tǒng)汽車排放的大量溫室氣體，成為全球環(huán)境變暖、生態(tài)平衡遭到破壞的主要原因之一。在這種情況下，各國紛紛出臺(tái)政策，鼓勵(lì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新。2012年，我國正式頒布了《節(jié)能與新能源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃（2012—2020）》，新能源汽車成為我國重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。通過結(jié)合業(yè)界動(dòng)態(tài)，從驅(qū)動(dòng)電機(jī)材料、動(dòng)力電池材料、輕量化材料等方面對新能源汽車的新材料展開的調(diào)研、分析如下。

1 新能源汽車分析

1.1 新能源汽車與傳統(tǒng)汽車的比較

新能源汽車是相對于傳統(tǒng)能源汽車而言的，傳統(tǒng)能源汽車主要以汽油、柴油等非可再生資源為動(dòng)能，而新能源汽車則以電能、氫能、太陽能為主要?jiǎng)恿ΑＲ虼?，新能源汽車的廢氣排放量較低，在節(jié)省傳統(tǒng)能源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面的意義深遠(yuǎn)。然而，新能源汽車的發(fā)展面臨著一大難題，即適應(yīng)新能源動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求的各類新材料的研發(fā)和創(chuàng)新。

1.2 新能源汽車分類

新能源汽車主要體現(xiàn)在動(dòng)力創(chuàng)新上，根據(jù)目前的研發(fā)狀況，新能源汽車主要分為以下3種：①混合動(dòng)力汽車。采用電動(dòng)機(jī)+發(fā)動(dòng)機(jī)模式，通過電能和油耗產(chǎn)生動(dòng)力。②純電動(dòng)汽車。采用電力驅(qū)動(dòng)，是目前新能源汽車研發(fā)的主要方向，優(yōu)點(diǎn)多，但需解決車載電池儲(chǔ)電、電池壽命、電車成本價(jià)格三大問題。③氫動(dòng)力汽車。與油耗大、排放大量污染物的傳統(tǒng)汽車不同，氫能源汽車排放的是純凈水。此外，還有燃?xì)馄嚒⒓状计?、空氣?dòng)力汽車、飛輪儲(chǔ)能汽車、超級電容汽車等研發(fā)方向。

2 新能源汽車中的新材料調(diào)研

新能源汽車要想在真正意義上超越傳統(tǒng)能源汽車，就必須對關(guān)鍵材料進(jìn)行科研突破。目前，這些關(guān)鍵材料以基本研發(fā)成功，主要包括：①驅(qū)動(dòng)電機(jī)材料。是將能源轉(zhuǎn)化為汽車驅(qū)動(dòng)力的關(guān)鍵部件。②動(dòng)力電池材料。是汽車電力存儲(chǔ)的關(guān)鍵部件。③輕量化材料。是適應(yīng)新能源驅(qū)動(dòng)、降低能源消耗的關(guān)鍵部件。

2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)材料

目前，與新能源汽車電池技術(shù)研發(fā)相比，新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)要相對成熟一些。自國家“863”重點(diǎn)科技公關(guān)項(xiàng)目頒布以來，我國在新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)研發(fā)上取得一批重要科研成果，可以說基本上滿足了整車的需求，但驅(qū)動(dòng)電機(jī)的上游部件——驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制元件還要依靠進(jìn)口。

在各類驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，永磁同步電機(jī)能夠更好地滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力要求，而永磁材料是永磁同步電機(jī)的關(guān)鍵構(gòu)建部分。目前稀土資源，特別是稀土資源中的釹元素是當(dāng)前新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)研究的主要方向，在新能源汽車的研發(fā)與創(chuàng)新中起到了不可或缺的作用。由于新能源汽車在整體設(shè)計(jì)上往往偏向于小型化、大功率，而稀土元素恰好能滿足此設(shè)計(jì)的需求，所以，稀土元素對新能源汽車中的混合動(dòng)力車、電動(dòng)汽車、燃料電池汽的驅(qū)動(dòng)電機(jī)而言是必不可少的，且需求量較大。

目前，釹鐵硼是全球范圍內(nèi)磁性最優(yōu)的永磁體，而稀土中的釹元素恰好是用來制造高功率輕質(zhì)磁鐵——釹鐵硼永磁體的關(guān)鍵性材料之一。進(jìn)入21世紀(jì)以來，豐田、本田、日產(chǎn)、三菱、尼桑、通用等汽車生產(chǎn)廠家在新能源汽車的研發(fā)上都投入了較大的精力，而且?guī)缀跛械男履茉雌嚩疾捎昧讼⊥劣来烹姍C(jī)。

2.2 動(dòng)力電池材料

近年來，國內(nèi)電池工業(yè)取得了長足的進(jìn)步，在國際上也獲得了一定的影響力。我國鋰資源藏量豐富，列居全球第3位，為新能源汽車鋰離子動(dòng)力電池的研發(fā)與創(chuàng)新提供了堅(jiān)實(shí)的原材料保障。在鎳氫電池中，鎳能夠占到整顆電池的成本造價(jià)的3/5，在鋰離子電池的4大關(guān)鍵構(gòu)建材料中，電解液、正極材料、負(fù)極材料和隔膜基本上各占成本造價(jià)的1/4.我國的新能源動(dòng)力電池正極材料主要選用磷酸鐵鋰，此外，錳酸鋰也取得了一定程度的發(fā)展；在日系電池中，新能源動(dòng)力電池多使用錳酸鋰和鎳鈷錳三元材料；在美系電池中，主要選擇磷酸鐵鋰作為新能源動(dòng)力電池的正極材料。稀土在新能源動(dòng)力電池材料的應(yīng)用方面占有一定的比例，稀土貯金合氫在混合動(dòng)力汽車配套的鎳氫動(dòng)力電池領(lǐng)域也具有廣闊的市場，其具有環(huán)保性高、污染極低、安全性高、耐用等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 輕量化材料

汽車的質(zhì)量直接對加速阻力、爬坡阻力、滾動(dòng)阻力產(chǎn)生影響，一般情況下，汽車質(zhì)量與能源消耗存在反比例關(guān)系。近年來，有研究指出：汽車輕量化可降低1/2的能源消耗；降低行駛阻力可降低1/3的能源消耗；提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率可降低1/5的能源消耗。顯而易見，輕量化是新能源汽車研發(fā)、創(chuàng)新必須突破的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。目前，在世界范圍內(nèi)，汽車使用的輕量化材料包括鋁合金、鎂合金、鈦合金、超輕高強(qiáng)度汽車用鋼和復(fù)合材料等。

鋁合金在新能源汽車輕量化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用較多，當(dāng)前使用鋁合金的整體減重效果約為20%；鎂合金也是當(dāng)前新能源汽車輕量化的研究領(lǐng)域之一，其主要應(yīng)用范圍包括座椅骨架、儀表盤、方向盤、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、離合器等部位，具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、易加工等特點(diǎn)，在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用前景較好。

3 結(jié)束語

綜上所述，近年來，我國的新能源汽車逐漸開始在各大車展上展露頭角，人們也逐漸對新能源汽車展開了期望。本文主要從驅(qū)動(dòng)電機(jī)材料、動(dòng)力電池材料、輕量化材料三個(gè)方面對新能源汽車的新材料應(yīng)用情況展開調(diào)研、分析，以期能為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速、健康、可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]萬勇.新能源汽車中的新材料[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化，2012（07）：54.

[2]朱思存.新能源汽車的新集群[J].中國市場，2013（06）：23.

〔編輯：張思楠〕