试析新能源材料在新能源汽车上的应用

严立云

（1.吉林师范大学物理学院，吉林 四平 136000；2.物理国家级实验教学示范中心（吉林师范大学），吉林 四平 136000）

0 引言

在社会经济和科学技术不断发展背景下，我国新能源汽车行业也得到进一步发展，新能源材料在新能源汽车的应用引起高度重视，特别是发展新能源技术过程中，所要用的储氢合金、锂离子电池、硅半导体等关键材料，可以推动新能源汽车走向节能主流方向，应用新能源材料后新能源汽车性能也会得到优化，并能更好满足人们需求[1]。本文联系新能源汽车基本概述，对新能源汽车所用新能源材料及发展状况进行细致阐述，并从动力电池材料、驱动电机材料、轻量化材料、纳米材料等方面入手，详尽探讨新能源材料在新能源汽车上的实践应用。

1 新能源汽车基本概述

新能源汽车，即使用非常规车用燃料为动力来源，综合车辆动力驱动控制方面先进技术，所形成的具有新结构和新技术的汽车[2]。对新能源汽车进行分类，主要包含以下四种：（1）混合动力汽车，简单来说就是既采用传统燃料，又配备电动机和发动机，用以改善燃油消耗和动力输出的汽车，具体包含插电和非插电混合电动汽车，前者纯电续航里程时间长、成本比较低、实现零排放，后者污染少、油耗低、成本少；（2）纯电动汽车，顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车，其发展重点在于电力储存技术上面，而电力能源的获取可以通过水力、风力、光热等实现，借助电力储存技术保障汽车电池功能，不仅可以满足汽车行驶动力的要求，还能取得节约能源和减少二氧化碳排放的效果；（3）燃料电池汽车，就是将氢气、甲醛等作为燃料，在通过化学反应产生电流以后，可以依靠电机驱动的汽车，关键点在燃烧电池能量转换上，不仅发生化学反应过程中不会产生污染物，燃烧电池能源转换效率也比较高，可以满足汽车使用动力要求；（4）其他新能源汽车，具体包含氢动力、燃气汽车等，其中燃气汽车就是以压缩天然气、液化石油气等作为燃料的汽车，运行成本低、技术成熟、安全可靠，不过要达到理想要求，在汽车生产结构和设计上，必须与燃料相适应[3]。

2 新能源汽车使用新能源材料及发展状况分析

2.1 新能源汽车使用的新能源材料

新能源汽车要超越传统汽车，就要在新能源材料使用上寻求突破，这些材料主要有驱动电机材料、动力电池材料、轻量化材料等，其中驱动电机材料是促进能源转化为汽车驱动力的核心材料，而动力电池材料的有效运用，可以保障汽车电力储存，续航时间长、安全高效等优势也能得到有效发挥，轻量化材料运用以后，可以满足新能源汽车驱动能源消耗减少要求，并在减少新能源汽车消耗、提高新能源汽车性能等方面，超越传统汽车获得进一步发展。

2.2 新能源材料发展状况

新能源材料从根本上来说，就是发展新能源技术需要运用的关键材料，具体包含储氢合金为代表的储氢材料、硅半导体为代表的太阳能电池材料、锂离子电池为代表的二次电池材料等。结合实际，发现我国以储氢材料为主的功率镍氢电池出口量已经超过了日本，并且成为生产锂离子电池的第二大生产国，燃料电池材料在移动设备、发电、军事等领域中已经得到广泛应用，太阳能也已经深入到实际生活领域当中[4]。

3 新能源材料在新能源汽车上的应用探讨

3.1 动力电池材料

动力电池材料在新能源汽车上进行应用，可以极大保证汽车电力储存。目前，新能源汽车所采用的动力电池，多数以铅酸、镍氢、锂离子等电池为主，并且因为这些电池具有技术成熟、成本较低、性能可靠等优势，在新能源汽车领域中已经得到广泛推广和应用，然而在实际运用过程中，铅酸电池、锂离子电池依然要面临诸多不足，如：铅酸电池进行高倍率充放电，会影响到电池实际使用寿命；锂离子电池工作温度控制不足，会影响到使用安全性等。我国锂资源蕴藏十分丰富，在为新能源汽车锂离子动力电池研究与发展提供丰富原材料的基础上，也推动新能源汽车动力结构创新升级，进而在更好满足新能源汽车使用性能要求中获得进一步发展，同时对镍氢电池进行制造，镍在整体成本中仅占3/5比重，锂离子电池材料由于是由电解液、正负极材料、隔膜等构成，各自材料占比约为1/4，在对新能源汽车动力电池进行制造时，就会对镍、锂、锰等能源材料进行使用，其中正极材料大部分会选用硫酸铁锂为主要材料[5]。

3.2 驱动电机材料

与新能源汽车电池技术相比较，驱动电机技术发展更为成熟，特别是在永磁同步电机方面，不仅在各类驱动电机中占据领先位置，还能有效满足电动汽车实际动力要求。并且在永磁同步电机当中，永磁材料是其重要组成部分，尤其是钕铁硼，更是磁性最优的永磁体，稀土资源中存在的钕元素，就是用来对高功率轻质磁铁进行制作，因此在对新能源汽车新能源材料应用进行研究时，就可以将稀土资源作为驱动电机的主要内容，并通过稀土永磁材料有效应用，更好满足新能源汽车整体设计偏向于大功率、小型化等方面要求，如：本田、通用等汽车生产厂家在对新能源汽车进行研发时，就会对稀土永磁电机进行使用。

3.3 轻量化材料

动力电池、轻量化材料是影响新能源汽车发展的主要因素，特别是在汽车轻量化方面，就要通过形状、材料、设计、功能等轻量化综合运用实现，并且根据相关调查发现，汽车轻量化以后可以减少1/2能源消耗和行驶阻力，为资源节约和环境保护作出巨大贡献。与此同时，新能源汽车的轻量化实现，所使用基本材料主要有钢铁材料、铝合金材料、复合材料等，其中钢铁材料是汽车车身构成的主要材料，实际操作中可以通过使用高强度钢，使汽车达到轻量化，而镁合金具有散热性好、阻尼减震强等优势，就可以使用这一材料用对汽车方向盘、仪表盘等关键零部件进行制作，对新能源汽车车身则全部使用铝合金，整体减重可达到50%，既能够减少电池成本，又能够提升汽车性能[6]。最后复合材料在新能源汽车上进行使用，多会运用在汽车车身、前后护板等部件设计与制造上面，不仅可以实现汽车轻量化目标，还能起到降低油耗作用。

3.4 纳米材料

纳米材料因其体现出的抗紫外线强、强度韧性高、静电屏蔽效应好等优势，在新能源汽车领域中具有广阔的应用前景。当前，纳米材料在新能源汽车上进行应用，更多体现在汽车保险杆、机械磨损、仪表盘、汽车电池等方面，不仅可以减少汽车能源消耗，还能降低汽车使用成本，汽车尾气带来的环境污染问题，也能从根本上进行解决，如：将纳米油漆运用到新能源汽车车身上面，不仅可以保证车身美观性，还能减少车身刮痕；纳米塑料用于新能源汽车保险杆、仪表盘等，可以显示较好光泽度和透明度；纳米润滑剂在新能源汽车上使用，可以妥善解决汽车机械磨损问题；纳米汽油、纳米电池在新能源汽车上应用，可以降低汽车油耗，并提升实际使用性能。

3.5 有机玻璃

有机玻璃具有性质稳定、有机环保、不易破碎等特点，在汽车制造、航空航天等领域中已经得到较为广泛应用，而在新能源汽车领域中，对有机玻璃进行应用，更多是作为汽车侧面、后边挡风玻璃的主要材料，在极大满足汽车车窗挡风玻璃抗冲击、透光等需求的基础上，还可以作为汽车外罩、汽车光泽装饰物等材料，以保障汽车车身不受紫外线侵扰，实际驾驶时也不会阻挡驾车视野[7-8]。甚至，还可以利用石墨烯对新能源汽车有机玻璃进行制造，不仅可以提高有机玻璃光学性能，整个新能源汽车使用性能也会得到进一步提升，由于石墨烯是世界上最薄最硬又具有一定柔韧性的纳米材料，其透光率可达到97%以上，导热系数比金刚石和碳纳米管还要高很多，将之运用到汽车电池中，可以提高汽车充电速度和效率，在汽车车窗玻璃中运用，可以保证散热、透光性能。

4 结语

本文是对新能源材料在新能源汽车上应用的分析，随着新能源汽车不断发展，对新能源材料有效开发与利用也引发极大关注，要通过新能源材料应用优势有效发挥，助力新能源汽车创新升级和持续发展，就要对新能源汽车有一定了解，并根据当前新能源汽车新能源材料的实际使用情况，对动力电池材料、驱动电机材料、轻量化材料等新能源材料进行深入探究，进而在新能源汽车中对这些材料进行有效应用，助力新能源汽车结构性能不断优化，并朝着更好方向迈进。