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锂电池迎来“碳”时代：石墨烯效力惊人

没有震耳欲聋机器冲压钢板的声音，也没有火花四溅的汽车焊装线，与常见的汽车装配工厂完全不同，在德国一家知名汽车企业在莱比锡的电动汽车制造工厂，记者见到的是另一番景象。

这里生产的电动汽车，采用铝合金做底盘、碳纤维做车身、塑料注塑件做蒙皮，没有传统的电焊工艺，车身是用特制的胶水粘起来的。这是一个没有冲压车间和焊接车间，完全采用新材料、新技术、新工艺生产新能源汽车的工厂。没有噪声的车间作为这家德国豪华车企的第一款纯电动汽车，其装配了一组22千瓦时的锂离子电池和一台电动机，最大功率170马力，峰值扭矩250牛米。其最高车速可达150公里/小时，续航里程在150公里左右。这款电动车使用家用220V电源充电，8小时可充满。而利用专用充电装置下充电只需1个小时。与一些电动车采取与传统能源车相同的制造工艺不同，这款车采用了大量新材料，其中最具看点的是用碳纤维材料制作的车身——其重量仅为铁的四分之一，强度却是铁的10倍。通常情况下，车身自重约消耗70%的燃油，因此降低汽车油耗的首要问题就是减轻汽车自重。日本的碳纤维制造协会曾经做过一个关于碳纤维生命周期的测试，采用碳纤维加固的汽车因减轻了自身重量，不仅燃料应用效率极大提高，而且间接地降低二氧化碳排放。同时，还能提升电池的续航能力并降低电力消耗。这种碳纤维增强复合材料，由该汽车公司和德国西格里公司联合开发，以基于聚丙烯腈的热塑性纺织纤维为原材料，在一定的压力和温度下，转化成极为细长的碳纤维丝线，最后再经过相应的氧化和碳化处理，形成碳纤维车身材料。

记者在莱比锡工厂车间里看到，车身的各个碳纤维部件单独成型后，再用特制的胶水粘贴起来。机器人在娴熟地涂抹胶水、自动更换涂胶水的海绵头——没有噪音、没有火花。装配车身使用的胶水也是特制的，可以快速硬化，仅仅用几秒钟就可以把两个部件牢牢地粘合在一起。而这种胶水的配方至今还是机密。采用碳纤维车身和塑料蒙皮的这款纯电动车安全性如何?莱比锡工厂方面介绍说，经过测试，其安全性能丝毫不逊色于传统能源汽车，而且在行人保护方面更有意想不到的效果。未来豪华电动车的标配据日本东丽经营研究所统计数据，碳纤维的全球市场需求在2011年约为4万吨，其中用于汽车的碳纤维为2000吨左右。而这一数字自2015年左右起将不断扩大，到2020年将达到数万吨。德国西格里公司是世界上最大的碳和石墨产品生产商，在汽车零部件供应领域具有重要的战略地位，该公司在美国西雅图拥有一家生产碳化纤维的合资公司。

2011年11月，宝马汽车宣布购入西格里15.16%的股份，在之后不到一个月的时间内，宝马又再度增持西格里15.7%的股份。2012年，宝马宣布联手美国波音航空公司共同开发碳纤维技术，分别用于各自的汽车和航空制造行业。2013年，美国《商业周刊》报道称，宝马在美国华盛顿州再度投资1亿美元用于生产该公司电动车的碳纤维材料。在亚洲，日本东丽、丰田和东京大学等已经在联手开发全面采用重量轻、强度高的碳纤维汽车，推进加工技术等的研究。预计最早到2020年，重量减轻6成、安全性更高的新能源汽车将全面投入实际应用。据《日本经济新闻》报道，向波音787客机提供碳纤维增强树脂基复合材料的日本东丽集团，于2012年斥资近700亿日元，收购了世界碳纤维排名第三的美国卓尔泰克公司，东丽藉此一跃成为全球最大的碳纤维供应商，将产品的全球份额提高到30%。目前，碳纤维的最大缺点是价格相对昂贵，是钢铁价格的数倍到数十倍，因此普及率低。东丽并购卓尔泰克，旨在开拓廉价碳纤维领域。在东丽的带领下，全球第二大碳纤维厂商日本帝人和第四大厂商日本三菱丽阳，也已经开始扩大产能。业内人士分析指出，碳纤维复合材料在汽车中应用的前景可期，特别是在豪华车和超豪华车的细分市场。碳系，“后摩尔时代”的接班者碳纤维只是碳系家族的一个成员，石墨烯也是碳系家族的一员。将石墨烯运用于锂离子电池，充满一次手机电池大概只需要5秒钟;特斯拉纯电动汽车，充一次电只需5分钟左右。而由石墨烯片层卷曲形成的碳纳米管，也是制造电动车电池的新材料之一。斯坦福的研究人员便成功实现了这一点，他们设计出新的纳米结构，可以极大地增加可充电的次数，足以满足很多商业应用。而沃尔沃汽车已成功研发出采用新蓄电材料的原型车。这种蓄电材料是由多层的碳纤维以及树脂聚合物构成，每一夹层中又有纳米结构的电池以及电容。用超级电容器板替代发动机盖和扭力杆的组合，沃尔沃的工程师就能够替换掉为车载电子供电的12伏电池，同时把重量减半。

碳的概念有多少吸引力?去年发生在英国的一种现象或许可以佐证。当时，英国金融监管机构曾发布警告称，“可疑”的公司盯上了消费者，向他们兜售投资石墨烯的机会。在这一现象的背后，是石墨烯吸引了市场的炒作。事实上，石墨烯自被发现以来，迅速成为全球各国政府、科研机构和跨国企业竟相投入巨资开发的超级材料。欧盟委员会将石墨烯列为仅有的两个“未来新兴技术旗舰项目”之一，提供10亿欧元用于资助石墨烯材料研究。

中国在《新材料产业“十二五”发展规划》中明确提出积极开发石墨烯材料。海外媒体观察指出，各国对于碳材料的关注立足点各不相同。美国致力于碳纳米管的研究，而欧洲专注于石墨稀的实用化，中国则在碳纳米管和石墨稀两方面推进研发和实用化。在碳材料的纳米技术方面，中国处于全球领先地位。有调查表明，拥有石墨稀相关专利数量最多的是中国，其次是美国和韩国。碳系的黄金时代已经到来，上个世纪，戈登˙摩尔大胆预言了硅的盛行，如今硅材料渐渐显示出短板，碳开始成为“后摩尔时代”的接班者之一，成为各方资本和产业巨头追逐的对象。而未来的汽车，将可能不再是钢铁造了。

(本文综合环球网、中国网报道。)

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