最近,韩国政府宣布了一项应用纳米技术的计划,该计划的目标是通过成功开发和利用车用纳米技术,达到电动汽车2025年单次充电续驶里程达到310英里(约合500公里)的目标。目前,特斯拉Model S的续驶里程为270英里(约合434公里)。韩国希望在9年内能够略微超过这一距离。
韩国方面认为,这一计划并非遥不可及,而是较为贴切实际,其中的主要“助推器”是所谓的纳米技术。根据韩联社的报道,信息和通信技术部表示:“纳米技术的开发将提升本土制造业的竞争力,并且创造新的增长动力。”信息和通信技术部补充说,增加纳米技术的研发将有助于建立环保和可持续发展的社会。
今年,韩国将投资5621亿韩元(约合人民币31.5亿)推动纳米技术在汽车工业以及半导体和新材料领域的应用,但其并未透露具体如何将纳米技术应用于电动汽车电池技术。目前进行的研究尝试运用纳米技术增加电池电极的尺寸和面积,从而增加电池的蓄电能力。

续驶里程
目前,电动汽车的电池是基于镍金属氢化物或者锂离子技术。现代的电动汽车几乎都使用锂离子电池,它具有许多超过镍金属氢化物的优点。但是,目前没有一项电池技术能够真正好到足够使电动汽车完全替代燃油汽车。续驶里程和充电时间限制了电动汽车只能用于附近有充电桩的短途旅行,其表现适用于城市中心的通勤,但对家庭度假来说却并不及格。
电动汽车发展的主要瓶颈在于电池。为了电动汽车获得更大的市场份额,对于制造商来说关键将是降低电池组的成本,同时提高电池的蓄电能力和寿命,从而提高电动汽车的续驶里程和性能。提高电池性能是该技术发展和成功的关键。因此,很多公司都押宝纳米技术能带来这种改变。
对于如何实现这一目标的研究已经探索了很多途径,从使用不同于现存锂离子电池的材料到使用肉眼无法看到的纳米粒子零件来改变电池的内部结构。纳米技术可以增加电池电极(即电池内吸收能量的棒状物)的尺寸和面积。它实现这一目的使电极成为海绵状,从而能够在充电时吸收更多能量,增加电池蓄电能力。
去年年底,由中国和新加坡两国的专家合作,在锂硫电池正极材料的研发、设计及其电化学性能改良方面实现突破,原本反复使用不超过300次的锂硫电池在运用新技术后,使用周期可提高至800次,续驶里程至少能提高至600公里。
轻量化
纳米技术是通过提高电池性能使电动汽车得到更广泛应用的关键。运用纳米粒子和纳米化合物改进的电解液已经证明能够大幅加强锂电池的特殊属性以及其他更先进的电池技术。像特斯拉Model S这样的电动汽车依赖笨重低效的电池来驱动。改进的设计可以在一定程度上克服这一障碍,但是解决不了根本问题。纳米复合材料、纳米结构的金属和纳米改进的感应器和电子元件可以提供许多重要的方法使电池性能实现最大化,比如减少重量、蓄电效率、提高控制和通讯系统等。
不仅是在电池上,在整个车身材料的应用上,纳米技术的应用都能显著地减轻汽车总量。为了达到汽车轻量化的目的,以及降低油耗和减少排放,近年来,纳米技术材料在汽车业领域得到广泛应用,在提高汽车性能和效能方面起到了良好的作用。
近日,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员研发了一种新型超轻复合材料,该材料由镁、纳米陶瓷粒子、碳化硅纳米粒子合成,具有优良的承重能力,对今后汽车轻量化发展具有重要意义。镁被认为是结构金属材料中能够承重的最轻金属,也是地壳中第八大富有元素。不过,镁在强度与硬度方面的表现一般。近日UCLA的研究人员发表报告,声称使用镁与碳化硅纳米粒子合成一种新型复合材料,具有超轻、超强承重能力,可造福航空、汽车、航空等诸多领域,对于提高能源效率具有重要意义。
超级电容

日前,澳大利亚昆士兰理工大学的纳米技术科学家表示,未来有一天电动汽车由车身面板而不是电池驱动将成为现实:面板里嵌入新一代的超级电容器。超级电容器是一种新型的储能元件,性能介于传统电容器和化学电池之间。与传统电容器相比,超级电容器具有更高的能量密度;与化学电池相比,超级电容器具有更大的功率密度。
超级电容器的特点在于充电速度快、使用寿命长、功率密度高、工作温度范围宽、环保节能等。超级电容器如果使用纳米材料,在用量很少时就可以达到特定的电容量;利用很薄的材料层就可以实现较高的电容量。因此纳米材料用作电容器电极材料,将为电容器打开新的潜在市场。
昆士兰理工大学正在研究新的轻型超级电容器,这是一种薄而坚固具有高能量密度的薄片,由嵌入电解液的两根全碳电极组成。这种薄片将被安在汽车车身面板、车顶、车门、引擎盖和车底。目前,权宜之计是把它和锂离子电池结合起来使用,这样超级电容器可以存储足够的能量迅速为电池充电。
根据昆士兰理工大学的研究,利用纳米技术的超级电容器驱动的汽车还有其他的优点。比如,因为超级电容器使用碳,而非像锂这样的稀土元素,它的生产成本更低,并且毒性更小。超级电容器和电池已经在汽车上使用,降低了车辆的重量。昆士兰理工大学的科学家预计5年内由车身面板驱动的车辆将投入使用。“未来超级电容器有望发展成为比锂电池存储更多能量而同时保持释放能量速度10倍于锂电池的能力,这意味着汽车可以全部由车身面板中的超级电容器驱动。”博士后研究人员刘金章表示。(来源:泡泡网)

