什么是石墨烯電池，用在汽車行業(yè)的石墨烯材料也是厲害的
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-10 10:20
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汽車材料是汽車設(shè)計、質(zhì)量及競爭力的基礎(chǔ)， 每一次突破性的科技進(jìn)展，背后一定有材料和工藝的創(chuàng)新， 在眾多新材料中，石墨烯具備導(dǎo)電性強，材料最硬、強度超高、導(dǎo)熱率超高、透光率超高等性能，被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、航空航天等多個領(lǐng)域，譽為“即將顛覆二十一世紀(jì)的新材料”，備受各方關(guān)注。
石墨烯不止是石墨烯電池，用在汽車行業(yè)的石墨烯材料也是厲害的
全球第一輛采用石墨烯做車身材料的方程式賽車
石墨烯與富勒烯、碳納米管、金剛石一起構(gòu)筑起碳從零維到三維的完整的同素異形體。目前，在汽車領(lǐng)域，作為其同胞兄弟的碳納米管已經(jīng)顯示出誘人的應(yīng)用前景，雖然石墨烯及其復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用還比較少，但科學(xué)家們正在努力研究其在汽車領(lǐng)域方面的應(yīng)用。
汽車儲能領(lǐng)域
電源、電控、電機是純電動汽車的三大系統(tǒng)。目前，作為電源的儲能裝置主要有鋰離子動力電池、超級電容器和燃料電池，三者均要求其電極材料具備大的比表面積、高的導(dǎo)電性和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，這為石墨烯的運用提供了廣闊空間。
石墨烯在汽車電池中的應(yīng)用
石墨烯不止是石墨烯電池，用在汽車行業(yè)的石墨烯材料也是厲害的
石墨烯是一類具有應(yīng)用前景的鋰離子電池負(fù)極材料，已經(jīng)運用到汽車電池研究領(lǐng)域，西班牙一家以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的Graphenano 公司同西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研究出首例石墨烯聚合材料電池，其儲電量是目前市場最好產(chǎn)品的三倍，用此電池提供電力的電動車最多能行駛1000公里，而其充電時間不到8分鐘。石墨烯聚合材料電池的成本將比鋰電池低77％，重量也僅為傳統(tǒng)電池的一半。
2015年上半年，山東玉皇新能源科技有限公司搭建起了第一條新型電池生產(chǎn)線，這款快充型鋰電動力電池最大的特點就是加入了石墨烯， 將電芯內(nèi)阻減小到最小，有效地解決了阻礙鋰電池產(chǎn)品快速充電的技術(shù)瓶頸，同時大大延長了電池壽命。目前已經(jīng)投產(chǎn)，主打物流車和觀光車市場一塊加入石墨烯的“超能”電池，30分鐘可充電至最大容量，配備在新能源汽車上續(xù)航里程最高可達(dá)400公里，并且電池重量大大減輕。
石墨烯在超級電容器中的應(yīng)用
所謂超級電容，是介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置。其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。由于其容量很大，對外表現(xiàn)和電池相同，因此也有稱作“電容電池”。作為儲能器件的一種，超級電容器在充放電過程中釋放的能量巨大，但功率卻只有同重量普通電容器的十分之一。由于超級電容器充放電過程是物理變化，與化學(xué)變化的鋰電池充放電過程相比，超級電容器可以快成快放，不用擔(dān)心損傷電池。因此業(yè)界專家認(rèn)為其以上優(yōu)勢可以取代鋰電池成功搭載在新能源汽車中。
石墨烯不止是石墨烯電池，用在汽車行業(yè)的石墨烯材料也是厲害的
南車株機2015年5月單批量交付的世界首列超級電容100%低地板有軌電車，
其采用7500F 雙電層超級電容，壽命長達(dá)10 年，充放電次數(shù)可達(dá)100萬次。列車每次進(jìn)站可快速充電，最大充電時間30秒，最快10秒便能完成充電。2015年10月9日，中國中車株洲電力機車有限公司對外發(fā)布消息，自主研制的新一代大功率石墨烯超級電容問世。經(jīng)院士專家組評審認(rèn)定，其代表了目前世界超級電容單體技術(shù)的最高水平。
石墨烯在儲氫材料中的應(yīng)用
在燃料電池領(lǐng)域，氫燃料是未來發(fā)展的方向。氫能源在汽車上的應(yīng)用研究發(fā)展很快，通用汽車已推出的第三代燃料電池汽車，車速每小時已可達(dá)160km/h，續(xù)航里程400km。儲氫材料的納米化是提高儲氫能力的一個重要方向。目前，用于儲氫的材料，如鑭鎳系稀土、鎂系合金等，價格非常昂貴。而石墨烯因具有納米結(jié)構(gòu)，同時成本相對較低，是儲氫材料的較好選擇。
目前，有關(guān)石墨烯儲氫的實際研究結(jié)果與理論容量仍有一定距離。探索不同的石墨烯制備工藝，對石墨烯進(jìn)行有效摻雜復(fù)合是以后石墨烯基儲氫材料研究的重要方向。
汽車輕量化材料
汽車輕量化是節(jié)能減排的一個重要方向。研究表明，在不降低汽車剛性和碰撞性能的前提下，重量減輕10%，油耗將相應(yīng)減少6%-8%。哥倫比亞大學(xué)James等測得石墨烯的強度是世界上最好鋼強度100倍，利用原子顯微鏡測量石墨烯的力學(xué)性能，其楊氏模量可達(dá)0.5TPa，彈性系數(shù)為105N/m。
因為良好的力學(xué)性能，加之低密度，使石墨烯可作為提高材料力學(xué)性能的增強相，廣泛應(yīng)用于車用輕質(zhì)復(fù)合材料的開發(fā)。
車用功能復(fù)合材料
電加熱座椅
石墨烯不止是石墨烯電池，用在汽車行業(yè)的石墨烯材料也是厲害的
電加熱座椅是體現(xiàn)一輛汽車檔次的必備裝置之一。石墨烯的導(dǎo)熱性，相對于碳納米管來說更加優(yōu)秀，深圳市匯北川電子技術(shù)有限公司將石墨烯作為增強材料加入聚苯乙烯中，得到的是強度更高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能更好、重量卻更輕的復(fù)合材料。這種復(fù)合材料比原本聚合物基體的導(dǎo)熱系數(shù)高出4倍，而石墨烯獨有的超二維納米結(jié)構(gòu)，可以保證熱量在加熱區(qū)域內(nèi)均勻釋放。將石墨烯運用在汽車智能加熱坐墊上，讓坐墊受熱更加快速、均勻、安全，給汽車用戶們帶來了更體貼、溫暖的座駕感受。圖1為汽車智能加熱坐墊。
車身涂裝領(lǐng)域
石墨烯不止是石墨烯電池，用在汽車行業(yè)的石墨烯材料也是厲害的
石墨烯的高疏水性以及獨特的納米結(jié)構(gòu)，可以將其運用于車用涂料領(lǐng)域，提高防腐效果。青島格瑞烯金屬防護(hù)科技有限公司開發(fā)出環(huán)保型金屬防腐前處理新材料—界膜劑。
該界膜劑利用環(huán)境友好型的植酸（植物提取物）基化合物易于在金屬表面自組裝成膜的特點，經(jīng)改性處理后再輔以適當(dāng)?shù)拇呋瘎?、鈍化劑、緩蝕劑、絡(luò)合劑以及改性石墨烯納米添加劑，生產(chǎn)出自組裝金屬界膜劑，該產(chǎn)品的濃縮液經(jīng)稀釋后可直接替代磷化液，在經(jīng)過簡單的浸泡或噴淋工藝處理后即可在各類鋼材表面形成一層植酸基自組裝緩蝕界面膜。
石墨烯不止是石墨烯電池，用在汽車行業(yè)的石墨烯材料也是厲害的
與傳統(tǒng)磷化膜相比，該界面膜不僅耐腐蝕性能好，而且與金屬外涂裝層之間的結(jié)合力也顯著增強，且產(chǎn)品的各項經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)磷化液，可完全替代磷化液，從而解決金屬制品行業(yè)磷污染的問題。
