浅谈新能源材料在汽车领域的应用

浅谈新能源材料在汽车领域的应用

杜亮

陕西理工大学(材料成型及控制工程)陕西汉中723001

摘要：随着国际能源供应的持续紧张、原油价格的持续上涨以及全球环保意识的不断提升，新能源材料的不断发展，新能源汽车汽车技术受到越来越多的重视。本文分析了现阶段我国新能源材料和新能源汽车的发展现状，详细介绍了新能源材料在新能源汽车领域的应用。

关键词：新能源;新材料;汽车

新能源汽车是未来节能的主流方向，鼓励新能源汽车产业的发展和创新已成为我国重点发展的战略性新兴产业之一。目前我国新能源汽车产业仍处于起步阶段且发展相对缓慢，需要通过加快高性能的动力电机、电池以及新能源材料和零部件的核心研发应用技术，形成产业化体系。

1新能源材料的发展现状

新能源材料是指实现新能源的转化和利用，发展新能源技术中所要用到的关键材料。主要包括：储氢合金为代表的储氢材料；锂离子电池为代表的二次电磁材料；质子交换膜电池为代表的燃料电池材料；硅半导体为代表的太阳能电池材料；铀，氘，氚为代表的反应堆核能材料。我国的储氢材料比如功率镍氢电池的出口量已超日本。锂离子电池产业发展迅速，我国已成为世界上第二大锂离子电池生产国。燃料电池材料在已经应用于军事、发电厂、移动设备、居民家庭等领域。我国太阳能光伏产业飞速发展，全国多个地区采用太阳能电池板进行发电，太阳能材料已经广泛应用生产生活中。

2新能源汽车的基本分析

新能源汽车是指使用了除汽油和柴油等石油能源作为动力来源的汽车，既包括了全部使用非石油燃料的汽车如纯电动汽车、燃料电池电动汽车，也包括部分使用非石油燃料的汽车如混合动力电动车、乙醇汽油汽车等。而传统能源汽车主要以汽油、柴油等非可再生资源为动能。与之相比，新能源汽车的废弃排放量低，在保护环境、节约资源方面具有强大的优势。根据目前的产业研发情况可知，新能源汽车主要体现在动力创新上，可以分为以下3种：①混合动力汽车。采用电动机和发动机协同工作模式，动力来源于电能和油耗产生。②纯电动汽车。采用电力驱动，是目前研发新能源汽车的主要方向，优点多，但存在车载电池储电、电池寿命、电车成本价格等问题。③氢动力汽车。弥补了传统汽车油耗大、排放大量污染物的不足。另外，还有燃气汽车、甲醇汽车、空气动力汽车、超级电容汽车等研发方向。

3新材料在新能源汽车中的应用

目前研发的新能源汽车中用到的新材料主要有动力电池材料、轻量化材料、驱动电机材料、纳米材料、有机玻璃等。

3.1动力电池材料

动力电池材料可以保证汽车的电力存储。目前，混合动力汽车采用的动力电池主要是铅酸、镍氢以及理离子电池。由于成本低、技术成熟、性能可靠的优点，铅酸蓄电池是汽车领域应用最为广泛的电池，但是铅酸电池存在着比能量较低，高倍率充放电时会严重降低电池的寿命等问题。镍氢电池由镍基和碱性溶液电解液构成，是混合动力汽车比较具竞争力的动力电池。锂离子电池具有比镍氢电池更高的工作电压和的比能量，并且锂离子具有电池体积小，质量轻，自放电率低等优点。但其面临安全性、工作温度控制等问题。总体来说，我国电池工业取得较大的发展，具有一定的国际影响力。我国的锂资源藏量十分丰富，位居世界第三，为新能源汽车锂离子动力电池的研究和创新提供了丰富的原材料。在镍氢电池制造中，镍在整体成本造价中占3/5。锂离子电池材料主要由电解液、正极材料、负极材料和隔膜组成，大约各自占整体造价的1/4。我国新能源动力电池的正极材料选用一般选用磷酸铁锂，从而促进了锰酸锂的发展。日本的新能源动力电池大多采用锰酸锂和镍、钴、锰三元材料；美系电池大部分选用磷酸铁锂作为新能源动力电池的正极材料。

3.2轻量化材料

影响新能源汽车产业的发展主要两个因素：一是新能源领域中的动力电池;二是新材料领域中的汽车轻量化材料。当前汽车轻量化主要是使形状、材料、制造、设计、功能轻量化综合运用来实现。通过调查研究表明汽车轻量化可降低1/2的能源消耗；降低行驶阻力可降低1/3的能源消耗；提高发动机效率可降低1/5的能源消耗，由此可见汽车轻量化是全世界汽车工业发展的趋势，对节约资源起着至关重要的作用。

汽车轻量化的基本材料主要是钢铁材料、镁合金、铝合金、复合材料。钢铁材料是构成汽车车身的基本材料，在新能源汽车制造过程中可以采用高强度钢来降低钢板厚度使汽车轻量化。镁合金散热性好，可以阻尼减震且耐腐蚀性好主要用于关键零部件的制造比如方向盘、仪表盘、离合器等。铝合金密度小、塑性优良，在新能源汽车设计中应用较多，通过使用全铝车身可以使汽车通过减重50%，增加续航能力，减少电池成本，提升汽车性能。复合材料汽车车身、前后护板、等部件的设计与制造，够满足车身轻量化的要求，降低油耗。此外，钛合金、精细陶瓷等新能源材料都在新能源汽车轻量化方面有巨大的发展潜力。

3.3驱动电机材料

新能源汽车的驱动电机技术相比电池技术发展成熟。在各类驱动电机中，永磁同步电机能够更好地满足电动汽车的动力要求，而永磁材料是构成永磁同步电机的关键部分，钕铁硼是全球范围内磁性最优的永磁体。稀土资源中的钕元素是用来制造高功率轻质磁铁——钕铁硼永磁体的关键性材料之一，因此稀土资源是当前新能源汽车驱动电机研究的主要内容。稀土元素可以满足新能源汽车整体设计偏向于小型化、大功率的要求，所以混合动力车、燃料电池汽电动汽车对稀土资源需求量很大。目前丰田、本田、日产、通用等汽车生产厂家对新能源汽车的研发十分重视，几乎所有研发的新能源汽车都采用了稀土永磁电机。

3.4纳米材料

纳米材料具有抗紫外线、高强度和韧性、良好的静电屏蔽效应及抗菌消臭功能，在新能源汽车中具有广阔的市场前景。纳米技术在新能源汽车中可以降低汽车各部件磨损，减少汽车的能源消耗，降低汽车使用成本;一定程度上，还可以消除汽车尾气污染，改善排放。例如：纳米油漆可以使汽车车身刮痕减少，保持美观；纳米塑料可以显示出良好的透明度和较高的光泽度，主要用于汽车保险杆、仪表盘等；纳米汽油可以使汽车油耗降低；纳米润滑剂能够很好地解决汽车机械磨损问题等。

3.5有机玻璃

有机玻璃环保、性质稳定、不易脆裂，具有较高的透光率，破碎后不会产生尖锐碎片，因而被广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。在新能源汽车制造过程中，有机玻璃主要作为汽车侧边和后边挡风玻璃材料。有机玻璃不仅可以满足汽车窗玻璃透光、抗冲击、耐候和碎片少的需求，同时还具有抗紫外线辐射的作用。并且除车窗玻璃外，有机玻璃在新能源汽车中的应用还包括汽车的其他配件，如汽车外罩、高光泽装饰物、汽车保险杠等。比如汽车外罩可以利用有机玻璃的光学性能达到保护车身整体不受紫外线侵蚀和不影响驾车视野的目的。

4总结

综上所述，新能源材料对新能源汽车产业的可持续发展起着不可或缺的作用，因此研发和提升新材料的性能，扩大新材料在新能源汽车领域的应用是汽车制造和生产企业的首要任务，有利于我国新能源汽车产业的快速进步。

参考文献：

［1］万勇.新能源汽车中的新材料［J］.高科技与产业化，2012（07）：54.

［2］侯俊.新材料在新能源汽车中的应用［J］.科技与创新，2016（02）：107-108.

［3］宋坤.新材料在新能源汽车中的应用［J］.科技资讯,2017(35):28-229

［4］孙飞豹.新能源汽车车身轻质材料应用［J］.福建质量管理，2015（08）.

［5］唐葆君，刘江鹏．中国新能源汽车产业发展展望［J］．北京理工大学学报(社会科学版)，2015，17(2):1－6．