試析新能源材料在新能源汽車上的應(yīng)用

嚴立云

（1.吉林師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林 四平 136000；2.物理國家級實驗教學(xué)示范中心（吉林師范大學(xué)），吉林 四平 136000）

0 引言

在社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展背景下，我國新能源汽車行業(yè)也得到進一步發(fā)展，新能源材料在新能源汽車的應(yīng)用引起高度重視，特別是發(fā)展新能源技術(shù)過程中，所要用的儲氫合金、鋰離子電池、硅半導(dǎo)體等關(guān)鍵材料，可以推動新能源汽車走向節(jié)能主流方向，應(yīng)用新能源材料后新能源汽車性能也會得到優(yōu)化，并能更好滿足人們需求[1]。本文聯(lián)系新能源汽車基本概述，對新能源汽車所用新能源材料及發(fā)展狀況進行細致闡述，并從動力電池材料、驅(qū)動電機材料、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上的實踐應(yīng)用。

1 新能源汽車基本概述

新能源汽車，即使用非常規(guī)車用燃料為動力來源，綜合車輛動力驅(qū)動控制方面先進技術(shù)，所形成的具有新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的汽車[2]。對新能源汽車進行分類，主要包含以下四種：（1）混合動力汽車，簡單來說就是既采用傳統(tǒng)燃料，又配備電動機和發(fā)動機，用以改善燃油消耗和動力輸出的汽車，具體包含插電和非插電混合電動汽車，前者純電續(xù)航里程時間長、成本比較低、實現(xiàn)零排放，后者污染少、油耗低、成本少；（2）純電動汽車，顧名思義就是主要采用電力驅(qū)動的汽車，其發(fā)展重點在于電力儲存技術(shù)上面，而電力能源的獲取可以通過水力、風(fēng)力、光熱等實現(xiàn)，借助電力儲存技術(shù)保障汽車電池功能，不僅可以滿足汽車行駛動力的要求，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，就是將氫氣、甲醛等作為燃料，在通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流以后，可以依靠電機驅(qū)動的汽車，關(guān)鍵點在燃燒電池能量轉(zhuǎn)換上，不僅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中不會產(chǎn)生污染物，燃燒電池能源轉(zhuǎn)換效率也比較高，可以滿足汽車使用動力要求；（4）其他新能源汽車，具體包含氫動力、燃氣汽車等，其中燃氣汽車就是以壓縮天然氣、液化石油氣等作為燃料的汽車，運行成本低、技術(shù)成熟、安全可靠，不過要達到理想要求，在汽車生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和設(shè)計上，必須與燃料相適應(yīng)[3]。

2 新能源汽車使用新能源材料及發(fā)展狀況分析

2.1 新能源汽車使用的新能源材料

新能源汽車要超越傳統(tǒng)汽車，就要在新能源材料使用上尋求突破，這些材料主要有驅(qū)動電機材料、動力電池材料、輕量化材料等，其中驅(qū)動電機材料是促進能源轉(zhuǎn)化為汽車驅(qū)動力的核心材料，而動力電池材料的有效運用，可以保障汽車電力儲存，續(xù)航時間長、安全高效等優(yōu)勢也能得到有效發(fā)揮，輕量化材料運用以后，可以滿足新能源汽車驅(qū)動能源消耗減少要求，并在減少新能源汽車消耗、提高新能源汽車性能等方面，超越傳統(tǒng)汽車獲得進一步發(fā)展。

2.2 新能源材料發(fā)展狀況

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

3 新能源材料在新能源汽車上的應(yīng)用探討

3.1 動力電池材料

動力電池材料在新能源汽車上進行應(yīng)用，可以極大保證汽車電力儲存。目前，新能源汽車所采用的動力電池，多數(shù)以鉛酸、鎳氫、鋰離子等電池為主，并且因為這些電池具有技術(shù)成熟、成本較低、性能可靠等優(yōu)勢，在新能源汽車領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛推廣和應(yīng)用，然而在實際運用過程中，鉛酸電池、鋰離子電池依然要面臨諸多不足，如：鉛酸電池進行高倍率充放電，會影響到電池實際使用壽命；鋰離子電池工作溫度控制不足，會影響到使用安全性等。我國鋰資源蘊藏十分豐富，在為新能源汽車鋰離子動力電池研究與發(fā)展提供豐富原材料的基礎(chǔ)上，也推動新能源汽車動力結(jié)構(gòu)創(chuàng)新升級，進而在更好滿足新能源汽車使用性能要求中獲得進一步發(fā)展，同時對鎳氫電池進行制造，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、正負極材料、隔膜等構(gòu)成，各自材料占比約為1/4，在對新能源汽車動力電池進行制造時，就會對鎳、鋰、錳等能源材料進行使用，其中正極材料大部分會選用硫酸鐵鋰為主要材料[5]。

3.2 驅(qū)動電機材料

與新能源汽車電池技術(shù)相比較，驅(qū)動電機技術(shù)發(fā)展更為成熟，特別是在永磁同步電機方面，不僅在各類驅(qū)動電機中占據(jù)領(lǐng)先位置，還能有效滿足電動汽車實際動力要求。并且在永磁同步電機當(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，就是用來對高功率輕質(zhì)磁鐵進行制作，因此在對新能源汽車新能源材料應(yīng)用進行研究時，就可以將稀土資源作為驅(qū)動電機的主要內(nèi)容，并通過稀土永磁材料有效應(yīng)用，更好滿足新能源汽車整體設(shè)計偏向于大功率、小型化等方面要求，如：本田、通用等汽車生產(chǎn)廠家在對新能源汽車進行研發(fā)時，就會對稀土永磁電機進行使用。

3.3 輕量化材料

動力電池、輕量化材料是影響新能源汽車發(fā)展的主要因素，特別是在汽車輕量化方面，就要通過形狀、材料、設(shè)計、功能等輕量化綜合運用實現(xiàn)，并且根據(jù)相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，汽車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)境保護作出巨大貢獻。與此同時，新能源汽車的輕量化實現(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車身構(gòu)成的主要材料，實際操作中可以通過使用高強度鋼，使汽車達到輕量化，而鎂合金具有散熱性好、阻尼減震強等優(yōu)勢，就可以使用這一材料用對汽車方向盤、儀表盤等關(guān)鍵零部件進行制作，對新能源汽車車身則全部使用鋁合金，整體減重可達到50%，既能夠減少電池成本，又能夠提升汽車性能[6]。最后復(fù)合材料在新能源汽車上進行使用，多會運用在汽車車身、前后護板等部件設(shè)計與制造上面，不僅可以實現(xiàn)汽車輕量化目標，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)出的抗紫外線強、強度韌性高、靜電屏蔽效應(yīng)好等優(yōu)勢，在新能源汽車領(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上進行應(yīng)用，更多體現(xiàn)在汽車保險桿、機械磨損、儀表盤、汽車電池等方面，不僅可以減少汽車能源消耗，還能降低汽車使用成本，汽車尾氣帶來的環(huán)境污染問題，也能從根本上進行解決，如：將納米油漆運用到新能源汽車車身上面，不僅可以保證車身美觀性，還能減少車身刮痕；納米塑料用于新能源汽車保險桿、儀表盤等，可以顯示較好光澤度和透明度；納米潤滑劑在新能源汽車上使用，可以妥善解決汽車機械磨損問題；納米汽油、納米電池在新能源汽車上應(yīng)用，可以降低汽車油耗，并提升實際使用性能。

3.5 有機玻璃

有機玻璃具有性質(zhì)穩(wěn)定、有機環(huán)保、不易破碎等特點，在汽車制造、航空航天等領(lǐng)域中已經(jīng)得到較為廣泛應(yīng)用，而在新能源汽車領(lǐng)域中，對有機玻璃進行應(yīng)用，更多是作為汽車側(cè)面、后邊擋風(fēng)玻璃的主要材料，在極大滿足汽車車窗擋風(fēng)玻璃抗沖擊、透光等需求的基礎(chǔ)上，還可以作為汽車外罩、汽車光澤裝飾物等材料，以保障汽車車身不受紫外線侵擾，實際駕駛時也不會阻擋駕車視野[7-8]。甚至，還可以利用石墨烯對新能源汽車有機玻璃進行制造，不僅可以提高有機玻璃光學(xué)性能，整個新能源汽車使用性能也會得到進一步提升，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，將之運用到汽車電池中，可以提高汽車充電速度和效率，在汽車車窗玻璃中運用，可以保證散熱、透光性能。

4 結(jié)語

本文是對新能源材料在新能源汽車上應(yīng)用的分析，隨著新能源汽車不斷發(fā)展，對新能源材料有效開發(fā)與利用也引發(fā)極大關(guān)注，要通過新能源材料應(yīng)用優(yōu)勢有效發(fā)揮，助力新能源汽車創(chuàng)新升級和持續(xù)發(fā)展，就要對新能源汽車有一定了解，并根據(jù)當(dāng)前新能源汽車新能源材料的實際使用情況，對動力電池材料、驅(qū)動電機材料、輕量化材料等新能源材料進行深入探究，進而在新能源汽車中對這些材料進行有效應(yīng)用，助力新能源汽車結(jié)構(gòu)性能不斷優(yōu)化，并朝著更好方向邁進。