日期:[2022年07月27日]
-- 智慧生活报 --
版次:[A8]
硅碳新材料，让新能源汽车跑得更“远”
想要减少二氧化碳排放量，如期完成碳中和、碳达峰的目标，开发利用新能源是一个重要的渠道，新能源汽车就是在此基础上开辟的新路径。自国家开始鼓励新能源汽车以来，新能源汽车逐渐成为很多家庭的首选。不过，因为充电时间长、续航里程短、电池寿命短等，也让很多人对新能源汽车望而却步。那么未来，新能源汽车能否逐渐打破这些局限，获得更多人的认可呢？记者采访了山西长韩新能源科技有限公司董事长王斌秀。
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纯电动汽车续航里程短、充电时间长、蓄电池寿命短
说起新能源汽车，大家可能首先想到的就是纯电动汽车。尤其是对于生活在太原市的人来说，纯电动汽车几乎随处可见——早在2016年，太原市的出租车就迈入了纯电动时代，随后，传统的公交车也相继更换成为纯电动公交车。目前，太原市的街头，已经看不到燃油公交车或出租车了。
纯电动汽车的好处不言而喻，其最大的优势便是节能环保。电动汽车的研究表明，其能源效率已超过燃油汽车。特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。有些研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率要比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排放量。
据测算，一辆出租汽车相当于10辆社会车辆的排放量。通过更换纯电动车，太原市8292辆出租汽车每年可减少二氧化碳排放20万吨，减少一氧化碳排放21176吨、碳氢化合物2451吨、氮氧化物3478吨。
同时，纯电动汽车以电动机代替燃油机，噪音低，电动机、油料及传动系统少占的空间和重量可用以补偿电池的需求。且因使用单一的电能源，电控系统相比混合电动车大为简化，降低了成本，也可补偿电池的部分价格。电动汽车较燃油汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小。可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网峰谷差的作用。
不过，其缺点也很明显。“目前的纯电动汽车，续航里程仅有300—400公里，每次充电时长需要60—120分钟，蓄电池寿命只有6—8年。”王斌秀介绍，续航里程短、充电时间长、蓄电池寿命短，让纯电动汽车的发展走到瓶颈期。“纯电动汽车，核心是电能存储，如锂电池，而锂电池的核心，是材料。”王斌秀介绍，目前市面上的锂电池中，大多采用石墨为负极材料。以石墨为主的碳材料是比较理想的负极材料，但是随着国家对锂电池性能要求的不断提高，石墨开始显露出它的不足：质量比容量较低、循环次数多了之后层状结构容易剥离脱落。因此，寻找可以替代的材料，成了打破纯电动汽车发展瓶颈的关键。
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硅碳负极材料，让锂电池实现更新换代
锂电池新材料是山西省委、省政府确定的“十三五”信息产业发展规划中重点扶持和支持的项目。因此，寻找锂电池新材料，是挑战，也是机遇。2019年，王斌秀特意赴韩国考察。
在考察的过程中，王斌秀发现，相比石墨，硅有很高的质量比容量。有数据显示，石墨的克容量是400毫安时（电量单位），而硅的克容量可以达到1400毫安时。如果用它作为负极材料制作锂电池，可以大大提高续航里程。但硅的缺点也非常明显，在充放电的过程中，硅离子会分散，导致硅的体积膨胀，导致电池的循环寿命、安全性能大大降低。
如何能防止硅离子发生膨胀？碳是关键。即在硅颗粒的周围包裹一层碳颗粒，运用一定的技术让碳颗粒纤维化，就像一层网一样，将硅颗粒牢牢束缚起来，从而阻止硅颗粒发生膨胀。
为了将这一原理变成现实，王斌秀引进了目前国际上比较先进的技术，并请回了国外的专家团队，同时联合中科院、清华大学、韩国首尔大学等一流科研技术团队联合研发新型材料。“我们的研发团队耗费近3年时间，攻克了好几项难题，获得十几个知识产权专利，最终研发出了新型复合材料——硅碳负极材料。”王斌秀介绍，硅碳负极材料中，硅颗粒作为活性物质，提供储锂容量，碳颗粒则能缓冲充放电过程中硅负极的体积变化。正常来说，硅颗粒仅能维持不到300次充放电过程，制成硅碳负极材料后，则可维持1万多次。
用硅碳负极材料制成的锂电池，用在汽车中，可使汽车的续航里程提高到600—800公里，翻了一倍。同时，充电时长缩短到了十几分钟，使用寿命提升到15年，抗低温性能、安全性能和性价比都得到了大大提升。
可以说，硅碳负极材料的使用，将使锂电池实现更新换代。
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锂电池应用前景广
走进研发间，只见里面摆放着好几台仪器，旁边的展柜中还摆放着各类产品的样本。由于研发已经完毕，这里并没有工作人员。王斌秀介绍，这里其实就是一个小型的生产流水线。硅进入机器后，会经过粉碎、纳米化、硅碳混合、碳纤维化等过程，最后再形成硅碳。
在公司的车间前，停靠着几辆运输车，工人正从车上卸生产材料。王斌秀介绍，今年9月，公司将开始量产硅碳。预计到年底，硅碳便会进入锂电池生产车间。未来，这种新型的锂电池，将为碳达峰、碳中和目标贡献巨大的力量。
事实上，随着碳中和、碳达峰目标的提出，新能源的开发利用将成为未来的发展方向。在这个过程中，锂电池扮演着很重要的作用。
新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式。目前在我国，可以形成产业的新能源主要包括水能（主要指小型水电站）、风能、生物质能、太阳能、地热能等，是可循环利用的清洁能源。“对于这些新能源的利用，很大一部分是将其转化为电能。然而，转化好的电能，不可能直接就利用掉，因此需要储备起来，以备后期运用。”王斌秀介绍，锂电池就是一个非常好的电能存储装置，而且能做到快速放电，使用非常方便。未来，锂电池的应用领域将非常广泛。除了纯电动汽车外，太阳能风力储存、航天工业、军工业、5G智能、无人机、大规模电力储存等领域，都会用到锂电池。 记者 杨晓艳
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纯电动汽车续航里程短、充电时间长、蓄电池寿命短
说起新能源汽车，大家可能首先想到的就是纯电动汽车。尤其是对于生活在太原市的人来说，纯电动汽车几乎随处可见——早在2016年，太原市的出租车就迈入了纯电动时代，随后，传统的公交车也相继更换成为纯电动公交车。目前，太原市的街头，已经看不到燃油公交车或出租车了。
纯电动汽车的好处不言而喻，其最大的优势便是节能环保。电动汽车的研究表明，其能源效率已超过燃油汽车。特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。有些研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率要比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排放量。
据测算，一辆出租汽车相当于10辆社会车辆的排放量。通过更换纯电动车，太原市8292辆出租汽车每年可减少二氧化碳排放20万吨，减少一氧化碳排放21176吨、碳氢化合物2451吨、氮氧化物3478吨。
同时，纯电动汽车以电动机代替燃油机，噪音低，电动机、油料及传动系统少占的空间和重量可用以补偿电池的需求。且因使用单一的电能源，电控系统相比混合电动车大为简化，降低了成本，也可补偿电池的部分价格。电动汽车较燃油汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小。可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网峰谷差的作用。
不过，其缺点也很明显。“目前的纯电动汽车，续航里程仅有300—400公里，每次充电时长需要60—120分钟，蓄电池寿命只有6—8年。”王斌秀介绍，续航里程短、充电时间长、蓄电池寿命短，让纯电动汽车的发展走到瓶颈期。“纯电动汽车，核心是电能存储，如锂电池，而锂电池的核心，是材料。”王斌秀介绍，目前市面上的锂电池中，大多采用石墨为负极材料。以石墨为主的碳材料是比较理想的负极材料，但是随着国家对锂电池性能要求的不断提高，石墨开始显露出它的不足：质量比容量较低、循环次数多了之后层状结构容易剥离脱落。因此，寻找可以替代的材料，成了打破纯电动汽车发展瓶颈的关键。
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硅碳负极材料，让锂电池实现更新换代
锂电池新材料是山西省委、省政府确定的“十三五”信息产业发展规划中重点扶持和支持的项目。因此，寻找锂电池新材料，是挑战，也是机遇。2019年，王斌秀特意赴韩国考察。
在考察的过程中，王斌秀发现，相比石墨，硅有很高的质量比容量。有数据显示，石墨的克容量是400毫安时（电量单位），而硅的克容量可以达到1400毫安时。如果用它作为负极材料制作锂电池，可以大大提高续航里程。但硅的缺点也非常明显，在充放电的过程中，硅离子会分散，导致硅的体积膨胀，导致电池的循环寿命、安全性能大大降低。
如何能防止硅离子发生膨胀？碳是关键。即在硅颗粒的周围包裹一层碳颗粒，运用一定的技术让碳颗粒纤维化，就像一层网一样，将硅颗粒牢牢束缚起来，从而阻止硅颗粒发生膨胀。
为了将这一原理变成现实，王斌秀引进了目前国际上比较先进的技术，并请回了国外的专家团队，同时联合中科院、清华大学、韩国首尔大学等一流科研技术团队联合研发新型材料。“我们的研发团队耗费近3年时间，攻克了好几项难题，获得十几个知识产权专利，最终研发出了新型复合材料——硅碳负极材料。”王斌秀介绍，硅碳负极材料中，硅颗粒作为活性物质，提供储锂容量，碳颗粒则能缓冲充放电过程中硅负极的体积变化。正常来说，硅颗粒仅能维持不到300次充放电过程，制成硅碳负极材料后，则可维持1万多次。
用硅碳负极材料制成的锂电池，用在汽车中，可使汽车的续航里程提高到600—800公里，翻了一倍。同时，充电时长缩短到了十几分钟，使用寿命提升到15年，抗低温性能、安全性能和性价比都得到了大大提升。
可以说，硅碳负极材料的使用，将使锂电池实现更新换代。
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锂电池应用前景广
走进研发间，只见里面摆放着好几台仪器，旁边的展柜中还摆放着各类产品的样本。由于研发已经完毕，这里并没有工作人员。王斌秀介绍，这里其实就是一个小型的生产流水线。硅进入机器后，会经过粉碎、纳米化、硅碳混合、碳纤维化等过程，最后再形成硅碳。
在公司的车间前，停靠着几辆运输车，工人正从车上卸生产材料。王斌秀介绍，今年9月，公司将开始量产硅碳。预计到年底，硅碳便会进入锂电池生产车间。未来，这种新型的锂电池，将为碳达峰、碳中和目标贡献巨大的力量。
事实上，随着碳中和、碳达峰目标的提出，新能源的开发利用将成为未来的发展方向。在这个过程中，锂电池扮演着很重要的作用。
新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式。目前在我国，可以形成产业的新能源主要包括水能（主要指小型水电站）、风能、生物质能、太阳能、地热能等，是可循环利用的清洁能源。“对于这些新能源的利用，很大一部分是将其转化为电能。然而，转化好的电能，不可能直接就利用掉，因此需要储备起来，以备后期运用。”王斌秀介绍，锂电池就是一个非常好的电能存储装置，而且能做到快速放电，使用非常方便。未来，锂电池的应用领域将非常广泛。除了纯电动汽车外，太阳能风力储存、航天工业、军工业、5G智能、无人机、大规模电力储存等领域，都会用到锂电池。 记者 杨晓艳
