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石墨烯在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

  • 發(fā)布時(shí)間2018-05-18 09:23
  • 發(fā)布人金彩集團(tuán)
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1.汽車輕量化材料

石墨烯材料的強(qiáng)度是鋼的100倍，具有較高的強(qiáng)度和硬度，但其密度較低，質(zhì)量較輕，是理想的汽車輕量化材料。將石墨烯作為增強(qiáng)相開發(fā)的輕質(zhì)復(fù)合材料可用作汽車車身材料。日前，利物浦Briggs汽車公司在其品牌產(chǎn)品BACMONO單座跑車的車身中就使用了石墨烯材料，該跑車也已通過道路測(cè)試。

2.汽車用高耐磨材料

石墨烯復(fù)合材料除了作為車身材料，在汽車零部件領(lǐng)域也可以得到應(yīng)用。比如，汽車輪胎。將石墨烯材料加入到汽車輪胎中可使得輪胎更加耐磨、防穿刺，而且能大大提高使用壽命。四川大學(xué)高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)自主研發(fā)出世界首個(gè)石墨烯橡膠輪胎。

3. 高導(dǎo)熱復(fù)合材料

石墨烯的熱傳導(dǎo)率高達(dá)5300W/m·k，將其與導(dǎo)熱性高聚物復(fù)合可制成強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、質(zhì)量輕的優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料。石墨烯的超二維納米結(jié)構(gòu)可以保證熱量在加熱區(qū)域內(nèi)的均勻釋放，可用于汽車加熱座椅材料。

4.汽車防腐涂裝材料

石墨烯具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，表面疏水，耐酸堿化學(xué)腐蝕。有研究將石墨烯噴涂于鋼表面，浸泡于海水中可以保持一個(gè)月不生銹，而普通高性能涂料僅能維持幾天時(shí)間。因?yàn)槭┑母呤杷砸约蔼?dú)特的納米結(jié)構(gòu)，可以將其運(yùn)用于車用涂料領(lǐng)域，提高防腐效果。

5. 車用導(dǎo)電功能性材料

在汽車燃油供給系統(tǒng)中，以快速紊流方式流動(dòng)的燃油能產(chǎn)生靜電，用于燃油供給系統(tǒng)的部件（包括油箱，油管接頭，過濾器等）需要其導(dǎo)電率能阻制靜電堆積，消除火花、爆炸等危險(xiǎn)。目前，以碳納米管作為添加劑的導(dǎo)電塑料已成功應(yīng)用于汽車燃油供給系統(tǒng)。石墨烯具備與碳納米管相媲美的導(dǎo)電性能，且制備成本更低，完全可以用于導(dǎo)電功能塑料領(lǐng)域。基于石墨烯的導(dǎo)電功能塑料還可以運(yùn)用于汽車擋泥板、門把手、鏡盒等方面，方便車身的靜電噴涂，省去了相對(duì)于非導(dǎo)電性塑料在靜電噴涂前需要進(jìn)行的表面導(dǎo)電化處理。

6. 電動(dòng)汽車儲(chǔ)能材料

動(dòng)力電池是新能源汽車的心臟。盡管目前國家大力推廣電動(dòng)汽車，但是續(xù)航里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)等短板，依舊阻礙著電動(dòng)汽車的市場(chǎng)化。目前，作為電源的儲(chǔ)能裝置主要有鋰離子動(dòng)力電池、超級(jí)電容器和燃料電池，三者均要求其電極材料具備大的比表面積、高的導(dǎo)電性和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，這為石墨烯提供了廣泛的運(yùn)用空間。

（1）鋰電池電極材料

石墨烯在鋰電池上主要有三種應(yīng)用：

·在正負(fù)極材料中作為導(dǎo)電添加劑；

·在銅箔或鋁箔中作為功能涂層；

·在負(fù)極材料中作為電極材料。

在應(yīng)用如Si、Sn等材料作為電池負(fù)極時(shí)，有一個(gè)很大的障礙就是充放電過程中體積膨脹率很高（可高達(dá)400%），從而導(dǎo)致電極粉碎或者電池容量快速衰減。用石墨烯包覆這些納米材料可以良好地解決體積膨脹問題。下圖展示了石墨烯作為鋰電極材料的幾種應(yīng)用：

圖1.jpg

（2）超級(jí)電容器

超級(jí)電容器是一種新型儲(chǔ)能裝置，與充電電池相比，可進(jìn)行不限流充電，因而充放電速率非常快，可以在幾秒內(nèi)完成充放電過程，同時(shí)具有功率高，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。石墨烯分散后具有非常大的儲(chǔ)能活性，這是因?yàn)槭┚哂懈哌_(dá)2 630 m2 /g 的理論比表面積，因此石墨烯復(fù)合材料可用于超級(jí)電容器領(lǐng)域。

圖2.jpg

（3）燃料電池

在低溫燃料電池使用中，無論是陽極的氧化反應(yīng)還是陰極的還原反應(yīng)，都需要Pt、Pd等貴金屬作為催化劑，大大增加了燃料電池的成本。將貴金屬搭載在石墨烯上，一方面，石墨烯中的大π鍵與金屬間的相互作用可有效阻止金屬粒子的遷移、聚集，提高催化劑的穩(wěn)定性。另一方面，石墨烯良好的導(dǎo)電性也可以降低電池內(nèi)阻，提高導(dǎo)電性能。