超硬材料網

       始于2009年。當是時，《汽車產業調整和振興規劃》頒發，在政府堅定的新能源政策指引和可觀的補貼扶持下，中國開始被一股造車大勢席卷，從概念到實操，九年時間，一邊泥沙俱下，一邊浪里淘金。

    狂歡之后，世界終將在規律中運轉。

    2018年被業界稱為“中國新能源汽車爆發年”，年中，新能源汽車市場先后迎來兩大新政。6月，新能源汽車財政補貼新政正式實施，以300公里為線，首次明確劃分新能源車的續航里程標準，減低補高。7月，國家發改委發布了《汽車產業投資管理規定征求意見稿》，提出新建傳統燃油汽車生產企業將不能獲得資質，并嚴格控制現有企業擴大傳統燃油車產能，同時加強新建電動汽車企業投資管理，防范盲目布點和低水平重復建設。

    這意味著，高質量、整體化的技術創新將成為新能源汽車發展的主要驅動力，而之前依靠增加電池數量、簡單減少或改換零部件以追求里程數少量攀升的策略將不再奏效。

    風勢所向，萬物競長。顯然，即便是300公里的續航里程，與傳統燃油汽車相比也相差甚遠。新能源車續航里程的痛點因此再次成為行業的焦點和發力點。

　　突破電池動力瓶頸

    提升新能源車續航里程，如何增加電池動力是一個久攻不破的硬堡壘。從第一代鎳氫電池和錳酸鋰電池，第二代磷酸鐵鋰電池，到目前廣為采用的第三代三元電池，電池續航能力似乎一直無法突破電池材料天然的天花板。

    有材料顯示，現有體系的鋰離子電池能量密度基本上很難突破300Wh/kg，很難滿足未來動力電池的需求。在國家發展新能源車的規劃中，2020年，單體電池能量密度要達到350Wh/kg，2030年則要達到500Wh/kg的水平，這意味著電動車續航里程將比現在翻一番。

    需求將變革的可能性延伸到了更加源頭的化工產業。

    “當前新能源車用鋰電池能量密度受關鍵正負極材料影響很大，”德國特種化工企業贏創工業集團全球汽車工業團隊副總裁朱駿表示，“正負極材料的選擇和突破是當前大幅增加能量密度更加可行的方案。”

    贏創對此提出的解決方案是用納米尺寸的純硅粉產品添加到新型負極材料，極大提高了負極材料的能量密度。純硅負極的理論能量密度可達到石墨材料的10倍，高達4200mAh/g。此前公開資料顯示，特斯拉通過在人造石墨中加入10%的硅基材料，已在Model3中采用硅碳負極作為動力電池新材料，使電池容量達到了至少550mAh/g。此外，贏創的納米結構氧化鋁用于鋰電池隔膜涂覆，由于其極佳的耐熱性，可以有效提高電池的安全性能。

    更多的新材料電池在全球的實驗室中醞釀。今年5月，繼日本政府投資16億日元支持日本電池制造商及本田、日產和豐田三大主要汽車制造商聯合研發固態鋰離子電池后，國外老牌車企寶馬、保時捷等紛紛投入固態電池研發，同時投身于此的還有德國大陸集團、日本TDK及村田制作所等一大批汽車零部件供應商。

    新一輪車用電池創新之戰大幕又啟

    福特汽車創始人亨利?福特曾說，任何多余的重量對汽車都是致命傷。

    如果說對電池能量密度突破的追求尚且在路上，那么同樣有助于增加新能源汽車續航里程的汽車輕量化設計則早已從燃油動力時代開始了應用迭新。

    有數據統計，純電動汽車整車重量降低10kg，其續航里程可增加2.5km。

    在越來越急迫的續航里程提升需求下，輕量化思維成為當代主流。中國工程學會輕量化技術創新戰略聯盟委員會主任陳一龍認為，汽車輕量化中，新材料新技術占比達到41%。

    但一直謀求借新能源之機“彎道超車”的中國汽車，在輕量化技術方面卻仍落后于國外先進水平。據2017年數據統計顯示，就當前主流的輕量化制材鎂合金而言，國外乘用車平均用鎂量約為5KG，而中國自主品牌車型上用鎂量不足1KG。2016年發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》中指出，2020年，國產單車鎂合金用量將達到15kg，2030年將達到45kg。

    據資料顯示，當前國外汽車上共有60多個零部件采用鎂合金，其中方向盤骨架、轉向管柱支架、儀表盤骨架、座椅框架、氣門室罩蓋、變速箱殼、進氣歧管等7個部件鎂合金的使用率最高。

    但能夠促使汽車達成輕量化的材料遠不止鎂合金等金屬，材料的革新性選擇決定了誰的起跑線天生靠前。

    朱駿表示，汽車通常會通過改善動力系統、降低輪阻、輕量化、流線型設計來降低能耗，而其中，在動力系統、車體造型都與輕量化息息相關。未來的汽車輕量化，將在材料提供的想象力上，實現所有結構的輕量化設計。

    贏創提供了一套完整的金屬替代方案。例如，名為ROHACELL?的硬質泡沫可以與碳纖維蒙皮結合形成三明治結構，具有輕質高剛的特性，。是汽車結構件以及機倉蓋、車門、車頂等車身覆蓋件采用復合材料夾層結構的理想泡沫芯材。新規格ROHACELL? HERO還兼具了高抗沖擊性，遇撞擊可緩沖變形吸收能量，在三明治結構外層表面形成凹坑，以便對內部纖維狀況進行檢測。這樣既有效避免撞擊損傷無法探測而造成的風險，又起到降噪減少NVH（噪音、振動和聲振粗糙度）的作用。

    除車身外，贏創仍在探索利用高性能聚合物替代車內錨固件、鏈條、齒輪等金屬件的輕量化途徑。其研發的高潤滑度、耐磨度聚合物VESTAKEEP已被用于車身底部萬向鏈條、變速器零部件、增壓系統等方面。穩定性和耐磨性極高的VESTAMID聚酰胺12則在轉向角傳感器齒輪傳動機構中發揮了耐化耐高溫、減噪減震等遠勝于金屬件的效果。

    “如果用這些新材料將整輛汽車的玻璃和可替代金屬件進行優化，未來汽車可至少減重40%，”朱駿表示。

    指向未來汽車的籌碼

    如火如荼的全球汽車新能源轉型背后，是對未來智能汽車、無人駕駛汽車的無限期待與訴求。

    按照美國高速公路管理局（EPA）的定義，智能汽車被分為四個層次。從最基本的輔助駕駛，基于車聯網的協同駕駛，到有限定條件的無人駕駛，最終到全工況無人駕駛，未來汽車和人類道路交通的方向已然明確。在更宏大的時間線上，續航里程的難點攻關不過是一個小小節點。

    2017年12月，工信部發布《促進新一代人工智能產業發展三年行動計劃（2018-2020年）》，指出到2020年，將建立起支持車輛智能計算平臺體系架構、車載智能芯片、自動駕駛操作系統、車輛智能算法等關鍵技術、產品研發，構建軟件、硬件、算法一體化的車輛智能化平臺。

    這意味著，以新能源為契機，在新材料的加持下，中國期望通過汽車智能化實現真正的汽車產業彎道超車。

    在這個意義下，電動能源、電控系統、輕量車體，將使汽車搭載的智能芯片在傳感互聯、自動化駕駛、安全性保障等方面發揮出巨大的意義，而這些無一不是未來道路交通的發展趨勢。

    新材料產業的發展將成為支撐這一趨勢的基礎設施。如在通訊互聯方面，贏創用于打造車身的ROHACELL?硬質泡沫和透明、防曬、可替代汽車玻璃的寶克力材料，相比起當前廣泛使用的金屬與玻璃材質而言，均具備信號的完全可透性；而當前主要用于智能家居的透明尼龍Trogamid?則可以進行傳感器植入，并通過3D打印完成特殊功能性部件的制造，這些新的材料在汽車工業中的應用將使未來5G信號得以存在，為真正的智能化城市交通服務，汽車也將真正成為萬物萬聯時代互聯網的全新入口。

    在更多元材料帶來的可能性中，未來的智能化汽車可以跳出當下那些樣式相對單調的金屬四輪之物投射出更清晰的藍圖。僅以贏創ROHACELL?模內發泡的技術前景來看，未來汽車將有可能擺脫沖壓、焊接的工序實現整體制造，那意味著，任何更加適宜于減少能耗的流線型車體都可以被打造甚至量產。

    未來江河壯闊，恰是百舸爭流之際。就在7月10日，新能源技術的開山鼻祖特斯拉落戶上海臨港，獨資建設集研發、制造、銷售等功能于一體的第一個特斯拉海外超級工廠，該項目規劃年生產50萬輛純電動整車。

    不難看出，時代大潮中，落在中國汽車制造業眼前的機會，異彩紛呈卻也步步緊迫。但就未來而言，如果說電動是汽車能源的一種解決方案，那么輕量化則是時代的主題。在這一指向下，由化學工業研發所不斷孵化的新型尖端制材，將成為大大助力能源創新、智能科技、設計工藝等蓬勃發展的基礎與靈感來源，為汽車行業的未來演繹出無限的可能。