提升续航里程和轻量化水平,这始终是新能源车面临的两大课题,而铝在其中扮演着非常重要的角色,尤其是铝空气电池、铝合金车身等领域的技术发展对此功不可没。在7月8日开幕的2015中国国际铝工业展览会上,与会专家分享了这方面的最新技术和应用情况。
铝空气电池已初步投入使用
仅需100kg重的电池组,就能支持车辆续航2000km,具备这样惊人性能的就是汽车动力电池市场的新秀——铝空气电池。对比之下,纯电动车中的特斯拉Model S搭载的电池组重达750kg,但仅支持480km的续航里程。
除了续航里程长、电地重量轻外,铝空气电池还有很多其他优点。据同济大学汽车学院教授林瑞介绍,铝空气电池其实可以看作一种燃料电池,但它把原来的燃料氢换成了金属铝,使得“充电”更为方便,只需要行驶到一定里程数后更换铝板即可。这样一来,不仅不需要特地安装大量的充电桩或注氢站,而且连储氢罐的空间和分量也省下来了。
此外,铝空气电池的成本优势十分明显。铝是地壳中储量最大的金属元素,获取较为方便,加工成本也很低。而且,使用铝空气电池只需要使用银作催化剂,而非像原来的氢燃料电池需要昂贵的铂金作催化剂,整体成本上具有非常大的优势。此外,铝是轻金属,易于回收,对环境也较为友好。
既然如此价廉物美又环保,为什么铝空气电地在国内市场还难觅踪影呢?林瑞分析认为,铝空气电池尽管能量密度较高,但是功率密度低,约为200W/skg,仅相当于锂离子电池的1/4,难以独立满足车辆在启动和加速方面的要求,这极大地制约了它的推广。
不过,通过将铝空气电池和锂电池组合使用,这一问题已经有了初步的解决方案。具体来说,就是把锂离子电池作为驱动电源,满足汽车起动、加速等需要,而铝空气电池则作为增程器,用于提升车辆的续航里程。据悉,以色列的Phinergy公司和Alcoa(美铝公司)联合研发的铝空气电池组已经作为增程器安装于雪铁龙C1上进行测试,其续航里程超过1600km,最多可达3000km。Phinergy公司已经和雷诺-日产达成意向,将在2017年量产以铝空气电池作为增程器的电动汽车。
铝合金材料助力车辆轻量化
对于新能源车来说,要提高续航里程,除了加强电池性能,降低车体重量也势在必行。铝合金材料能直接用于包括车身、轮毂、底盘、防撞梁、地板、座椅等的铸造与锻造,大大降低这些部分的重量。
据同济大学汽车学院教授陈辛波介绍,相比原来的钢、铁产品,使用铝合金材料能减重一半以上。比如,同济大学在实验室里打造的轻量化燃料电池微型车,使用铝镁合金车架,其重量由原来的69.8kg直线下降到33.2kg,减重比例高达52.4%。陈辛波认为,尽管和碳纤维等复合材料相比,铝合金材料仍相对较重,但其具有成本较低、生产工艺较为简单的优势,综合来看仍是目前最易于大面积迅速推广的车辆轻量化材料。
据了解,铝合金车身和零部件在国外新能源车上已经得到了广泛地应用。奥迪在20世纪90年代就开始研发铝质车身技术,2013款奥迪A8 L Hybrid车型更是在新能源车中首度使用全铝合金车身。特斯拉Model S的车身也有95%以上采用铝合金材料,其车架、悬架下摆臂和连杆,以及与底盘集成的电池外壳等都采用铝合金,且镂空减重,并经锻造处理,有效保证了其强度。(见习记者 江睿杰)