超硬材料網(wǎng)

       始于2009年。當(dāng)是時(shí)，《汽車(chē)產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》頒發(fā)，在政府堅(jiān)定的新能源政策指引和可觀的補(bǔ)貼扶持下，中國(guó)開(kāi)始被一股造車(chē)大勢(shì)席卷，從概念到實(shí)操，九年時(shí)間，一邊泥沙俱下，一邊浪里淘金。

    狂歡之后，世界終將在規(guī)律中運(yùn)轉(zhuǎn)。

    2018年被業(yè)界稱(chēng)為“中國(guó)新能源汽車(chē)爆發(fā)年”，年中，新能源汽車(chē)市場(chǎng)先后迎來(lái)兩大新政。6月，新能源汽車(chē)財(cái)政補(bǔ)貼新政正式實(shí)施，以300公里為線(xiàn)，首次明確劃分新能源車(chē)的續(xù)航里程標(biāo)準(zhǔn)，減低補(bǔ)高。7月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了《汽車(chē)產(chǎn)業(yè)投資管理規(guī)定征求意見(jiàn)稿》，提出新建傳統(tǒng)燃油汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)將不能獲得資質(zhì)，并嚴(yán)格控制現(xiàn)有企業(yè)擴(kuò)大傳統(tǒng)燃油車(chē)產(chǎn)能，同時(shí)加強(qiáng)新建電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)投資管理，防范盲目布點(diǎn)和低水平重復(fù)建設(shè)。

    這意味著，高質(zhì)量、整體化的技術(shù)創(chuàng)新將成為新能源汽車(chē)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，而之前依靠增加電池?cái)?shù)量、簡(jiǎn)單減少或改換零部件以追求里程數(shù)少量攀升的策略將不再奏效。

    風(fēng)勢(shì)所向，萬(wàn)物競(jìng)長(zhǎng)。顯然，即便是300公里的續(xù)航里程，與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相比也相差甚遠(yuǎn)。新能源車(chē)?yán)m(xù)航里程的痛點(diǎn)因此再次成為行業(yè)的焦點(diǎn)和發(fā)力點(diǎn)。

　　突破電池動(dòng)力瓶頸

    提升新能源車(chē)?yán)m(xù)航里程，如何增加電池動(dòng)力是一個(gè)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(xù)航能力似乎一直無(wú)法突破電池材料天然的天花板。

    有材料顯示，現(xiàn)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(mǎn)足未來(lái)動(dòng)力電池的需求。在國(guó)家發(fā)展新能源車(chē)的規(guī)劃中，2020年，單體電池能量密度要達(dá)到350Wh/kg，2030年則要達(dá)到500Wh/kg的水平，這意味著電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程將比現(xiàn)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(chǎn)業(yè)。

    “當(dāng)前新能源車(chē)用鋰電池能量密度受關(guān)鍵正負(fù)極材料影響很大，”德國(guó)特種化工企業(yè)贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)全球汽車(chē)工業(yè)團(tuán)隊(duì)副總裁朱駿表示，“正負(fù)極材料的選擇和突破是當(dāng)前大幅增加能量密度更加可行的方案。”

    贏創(chuàng)對(duì)此提出的解決方案是用納米尺寸的純硅粉產(chǎn)品添加到新型負(fù)極材料，極大提高了負(fù)極材料的能量密度。純硅負(fù)極的理論能量密度可達(dá)到石墨材料的10倍，高達(dá)4200mAh/g。此前公開(kāi)資料顯示，特斯拉通過(guò)在人造石墨中加入10%的硅基材料，已在Model3中采用硅碳負(fù)極作為動(dòng)力電池新材料，使電池容量達(dá)到了至少550mAh/g。此外，贏創(chuàng)的納米結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)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(chǎn)和豐田三大主要汽車(chē)制造商聯(lián)合研發(fā)固態(tài)鋰離子電池后，國(guó)外老牌車(chē)企寶馬、保時(shí)捷等紛紛投入固態(tài)電池研發(fā)，同時(shí)投身于此的還有德國(guó)大陸集團(tuán)、日本TDK及村田制作所等一大批汽車(chē)零部件供應(yīng)商。

    新一輪車(chē)用電池創(chuàng)新之戰(zhàn)大幕又啟

    福特汽車(chē)創(chuàng)始人亨利?福特曾說(shuō)，任何多余的重量對(duì)汽車(chē)都是致命傷。

    如果說(shuō)對(duì)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(chē)?yán)m(xù)航里程的汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)則早已從燃油動(dòng)力時(shí)代開(kāi)始了應(yīng)用迭新。

    有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)重量降低10kg，其續(xù)航里程可增加2.5km。

    在越來(lái)越急迫的續(xù)航里程提升需求下，輕量化思維成為當(dāng)代主流。中國(guó)工程學(xué)會(huì)輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟委員會(huì)主任陳一龍認(rèn)為，汽車(chē)輕量化中，新材料新技術(shù)占比達(dá)到41%。

    但一直謀求借新能源之機(jī)“彎道超車(chē)”的中國(guó)汽車(chē)，在輕量化技術(shù)方面卻仍落后于國(guó)外先進(jìn)水平。據(jù)2017年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，就當(dāng)前主流的輕量化制材鎂合金而言，國(guó)外乘用車(chē)平均用鎂量約為5KG，而中國(guó)自主品牌車(chē)型上用鎂量不足1KG。2016年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖》中指出，2020年，國(guó)產(chǎn)單車(chē)鎂合金用量將達(dá)到15kg，2030年將達(dá)到45kg。

    據(jù)資料顯示，當(dāng)前國(guó)外汽車(chē)上共有60多個(gè)零部件采用鎂合金，其中方向盤(pán)骨架、轉(zhuǎn)向管柱支架、儀表盤(pán)骨架、座椅框架、氣門(mén)室罩蓋、變速箱殼、進(jìn)氣歧管等7個(gè)部件鎂合金的使用率最高。

    但能夠促使汽車(chē)達(dá)成輕量化的材料遠(yuǎn)不止鎂合金等金屬，材料的革新性選擇決定了誰(shuí)的起跑線(xiàn)天生靠前。

    朱駿表示，汽車(chē)通常會(huì)通過(guò)改善動(dòng)力系統(tǒng)、降低輪阻、輕量化、流線(xiàn)型設(shè)計(jì)來(lái)降低能耗，而其中，在動(dòng)力系統(tǒng)、車(chē)體造型都與輕量化息息相關(guān)。未來(lái)的汽車(chē)輕量化，將在材料提供的想象力上，實(shí)現(xiàn)所有結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。

    贏創(chuàng)提供了一套完整的金屬替代方案。例如，名為ROHACELL?的硬質(zhì)泡沫可以與碳纖維蒙皮結(jié)合形成三明治結(jié)構(gòu)，具有輕質(zhì)高剛的特性，。是汽車(chē)結(jié)構(gòu)件以及機(jī)倉(cāng)蓋、車(chē)門(mén)、車(chē)頂?shù)溶?chē)身覆蓋件采用復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的理想泡沫芯材。新規(guī)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(jié)構(gòu)外層表面形成凹坑，以便對(duì)內(nèi)部纖維狀況進(jìn)行檢測(cè)。這樣既有效避免撞擊損傷無(wú)法探測(cè)而造成的風(fēng)險(xiǎn)，又起到降噪減少NVH（噪音、振動(dòng)和聲振粗糙度）的作用。

    除車(chē)身外，贏創(chuàng)仍在探索利用高性能聚合物替代車(chē)內(nèi)錨固件、鏈條、齒輪等金屬件的輕量化途徑。其研發(fā)的高潤(rùn)滑度、耐磨度聚合物VESTAKEEP已被用于車(chē)身底部萬(wàn)向鏈條、變速器零部件、增壓系統(tǒng)等方面。穩(wěn)定性和耐磨性極高的VESTAMID聚酰胺12則在轉(zhuǎn)向角傳感器齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中發(fā)揮了耐化耐高溫、減噪減震等遠(yuǎn)勝于金屬件的效果。

    “如果用這些新材料將整輛汽車(chē)的玻璃和可替代金屬件進(jìn)行優(yōu)化，未來(lái)汽車(chē)可至少減重40%，”朱駿表示。

    指向未來(lái)汽車(chē)的籌碼

    如火如荼的全球汽車(chē)新能源轉(zhuǎn)型背后，是對(duì)未來(lái)智能汽車(chē)、無(wú)人駕駛汽車(chē)的無(wú)限期待與訴求。

    按照美國(guó)高速公路管理局（EPA）的定義，智能汽車(chē)被分為四個(gè)層次。從最基本的輔助駕駛，基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同駕駛，到有限定條件的無(wú)人駕駛，最終到全工況無(wú)人駕駛，未來(lái)汽車(chē)和人類(lèi)道路交通的方向已然明確。在更宏大的時(shí)間線(xiàn)上，續(xù)航里程的難點(diǎn)攻關(guān)不過(guò)是一個(gè)小小節(jié)點(diǎn)。

    2017年12月，工信部發(fā)布《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020年）》，指出到2020年，將建立起支持車(chē)輛智能計(jì)算平臺(tái)體系架構(gòu)、車(chē)載智能芯片、自動(dòng)駕駛操作系統(tǒng)、車(chē)輛智能算法等關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品研發(fā)，構(gòu)建軟件、硬件、算法一體化的車(chē)輛智能化平臺(tái)。

    這意味著，以新能源為契機(jī)，在新材料的加持下，中國(guó)期望通過(guò)汽車(chē)智能化實(shí)現(xiàn)真正的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)彎道超車(chē)。

    在這個(gè)意義下，電動(dòng)能源、電控系統(tǒng)、輕量車(chē)體，將使汽車(chē)搭載的智能芯片在傳感互聯(lián)、自動(dòng)化駕駛、安全性保障等方面發(fā)揮出巨大的意義，而這些無(wú)一不是未來(lái)道路交通的發(fā)展趨勢(shì)。

    新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將成為支撐這一趨勢(shì)的基礎(chǔ)設(shè)施。如在通訊互聯(lián)方面，贏創(chuàng)用于打造車(chē)身的ROHACELL?硬質(zhì)泡沫和透明、防曬、可替代汽車(chē)玻璃的寶克力材料，相比起當(dāng)前廣泛使用的金屬與玻璃材質(zhì)而言，均具備信號(hào)的完全可透性；而當(dāng)前主要用于智能家居的透明尼龍Trogamid?則可以進(jìn)行傳感器植入，并通過(guò)3D打印完成特殊功能性部件的制造，這些新的材料在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用將使未來(lái)5G信號(hào)得以存在，為真正的智能化城市交通服務(wù)，汽車(chē)也將真正成為萬(wàn)物萬(wàn)聯(lián)時(shí)代互聯(lián)網(wǎng)的全新入口。

    在更多元材料帶來(lái)的可能性中，未來(lái)的智能化汽車(chē)可以跳出當(dāng)下那些樣式相對(duì)單調(diào)的金屬四輪之物投射出更清晰的藍(lán)圖。僅以贏創(chuàng)ROHACELL?模內(nèi)發(fā)泡的技術(shù)前景來(lái)看，未來(lái)汽車(chē)將有可能擺脫沖壓、焊接的工序?qū)崿F(xiàn)整體制造，那意味著，任何更加適宜于減少能耗的流線(xiàn)型車(chē)體都可以被打造甚至量產(chǎn)。

    未來(lái)江河壯闊，恰是百舸爭(zhēng)流之際。就在7月10日，新能源技術(shù)的開(kāi)山鼻祖特斯拉落戶(hù)上海臨港，獨(dú)資建設(shè)集研發(fā)、制造、銷(xiāo)售等功能于一體的第一個(gè)特斯拉海外超級(jí)工廠，該項(xiàng)目規(guī)劃年生產(chǎn)50萬(wàn)輛純電動(dòng)整車(chē)。

    不難看出，時(shí)代大潮中，落在中國(guó)汽車(chē)制造業(yè)眼前的機(jī)會(huì)，異彩紛呈卻也步步緊迫。但就未來(lái)而言，如果說(shuō)電動(dòng)是汽車(chē)能源的一種解決方案，那么輕量化則是時(shí)代的主題。在這一指向下，由化學(xué)工業(yè)研發(fā)所不斷孵化的新型尖端制材，將成為大大助力能源創(chuàng)新、智能科技、設(shè)計(jì)工藝等蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)與靈感來(lái)源，為汽車(chē)行業(yè)的未來(lái)演繹出無(wú)限的可能。