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产业资讯 / Industry

石墨烯在汽车领域的应用

1.汽车轻量化材料

石墨烯材料的强度是钢的100倍,具有较高的强度和硬度,但其密度较低,质量较轻,是理想的汽车轻量化材料。将石墨烯作为增强相开发的轻质复合材料可用作汽车车身材料。日前,利物浦Briggs汽车公司在其品牌产品BACMONO单座跑车的车身中就使用了石墨烯材料,该跑车也已通过道路测试。

2.汽车用高耐磨材料

石墨烯复合材料除了作为车身材料,在汽车零部件领域也可以得到应用。比如,汽车轮胎。将石墨烯材料加入到汽车轮胎中可使得轮胎更加耐磨、防穿刺,而且能大大提高使用寿命。四川大学高分子材料工程国家重点实验室,已经自主研发出世界首个石墨烯橡胶轮胎。

3、高导热复合材料

石墨烯的热传导率高达5300W/m·k,将其与导热性高聚物复合可制成强度高、导电导热性好、质量轻的优质复合材料。石墨烯的超二维纳米结构可以保证热量在加热区域内的均匀释放,可用于汽车加热座椅材料。

4.汽车防腐涂装材料

石墨烯具有较高的化学稳定性,表面疏水,耐酸碱化学腐蚀。有研究将石墨烯喷涂于钢表面,浸泡于海水中可以保持一个月不生锈,而普通高性能涂料仅能维持几天时间。因为石墨烯的高疏水性以及独特的纳米结构,可以将其运用于车用涂料领域,提高防腐效果。

5、车用导电功能性材料

在汽车燃油供给系统中,以快速紊流方式流动的燃油能产生静电,用于燃油供给系统的部件(包括油箱,油管接头,过滤器等)需要其导电率能阻制静电堆积,消除火花、爆炸等危险。目前,以碳纳米管作为添加剂的导电塑料已成功应用于汽车燃油供给系统。石墨烯具备与碳纳米管相媲美的导电性能,且制备成本更低,完全可以用于导电功能塑料领域。基于石墨烯的导电功能塑料还可以运用于汽车挡泥板、门把手、镜盒等方面,方便车身的静电喷涂,省去了相对于非导电性塑料在静电喷涂前需要进行的表面导电化处理。

6、电动汽车储能材料

动力电池是新能源汽车的心脏。尽管目前国家大力推广电动汽车,但是续航里程短、充电时间长等短板,依旧阻碍着电动汽车的市场化。目前,作为电源的储能装置主要有锂离子动力电池、超级电容器和燃料电池,三者均要求其电极材料具备大的比表面积、高的导电性和良好的电化学稳定性,这为石墨烯提供了广泛的运用空间。

(1)锂电池电极材料

石墨烯在锂电池上主要有三种应用:

  • 在正负极材料中作为导电添加剂;
  • 在铜箔或铝箔中作为功能涂层;
  • 在负极材料中作为电极材料。

在应用如Si、Sn等材料作为电池负极时,有一个很大的障碍就是充放电过程中体积膨胀率很高(可高达400%),从而导致电极粉碎或者电池容量快速衰减。用石墨烯包覆这些纳米材料可以良好地解决体积膨胀问题。下图展示了石墨烯作为锂电极材料的几种应用:

(2)超级电容器

超级电容器是一种新型储能装置,与充电电池相比,可进行不限流充电,因而充放电速率非常快,可以在几秒内完成充放电过程,同时具有功率高,使用寿命长等特点。石墨烯分散后具有非常大的储能活性,这是因为石墨烯具有高达2 630 m2 /g 的理论比表面积,因此石墨烯复合材料可用于超级电容器领域。

(3)燃料电池

在低温燃料电池使用中,无论是阳极的氧化反应还是阴极的还原反应,都需要Pt、Pd等贵金属作为催化剂,大大增加了燃料电池的成本。将贵金属搭载在石墨烯上,一方面,石墨烯中的大π键与金属间的相互作用可有效阻止金属粒子的迁移、聚集,提高催化剂的稳定性。另一方面,石墨烯良好的导电性也可以降低电池内阻,提高导电性能。

来源:汽车材料网

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