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新能源汽车产业化的主要瓶颈
电动汽车续驶里程、充电设施和价格的相互关系:勿容质疑,这3个主要瓶颈其实是非常关联的。
人们对续驶里程短的忧虑,其实根本上是由于对充电基础设施不完善、不方便的担忧。反思上世纪七、八十年代,由于加油站普及不够,人们稍长距离出车都要携带附加油箱,以防止加不上油。如果充电设施比较充分,在动力电池电量不足时可以随时、方便、快捷的充电,人们就不会要求电动汽车装载更多的电池,而增大续驶里程。
电动汽车的价格较高,其实是与续驶里程,即搭载的动力电池容量有关。以纯电动乘用车为例,一般百公里电能消耗在16-18kWh左右(考虑到夏天的空调及冬天的暖风,如果在春秋两季可能会低点),但是搭载的电池组容量应该在20kWh以上。按照当前的价格,动力电池系统的价格大概为4万元。质量在200kg左右。每增加50km续驶里程,成本会增加2.0万元。
充电系统的未来与发展前景展望
美国布鲁金斯学会网站4月21日发表题为《可能改变世界的10项创新》的报道称,2001年以来,美国麻省理工学院《技术评论》杂志每年均以改变世界的潜力作为评选标准,公布当年最重要的十项技术创新名单。2016年的技术创新名单一样令人兴奋。
特斯拉自动驾驶仪: 2014年以来,这家电动汽车制造商就一直在生产使用超声传感器、摄像头、前端雷达和数字控制刹车的汽车。2015年,特斯拉为6万辆具备这些特性的车辆更新了软件,实现了自动驾驶。这种车辆可以自行控制速度、方向、变道和停车。自动驾驶仪可通过触摸屏激活或关闭,也可以通过按压制动踏板而关闭或停车。这可以限制每天因人为失误而引起的汽车撞毁的数量。
空中取电:无线装置可以通过附近的无线电信号(如无线局域网)进行供电并通信。这样一来,电池或电源线可能就不再需要了。通过无线局域网或其他无线信号供电的互联网装置可以扩大小型计算机和传感器的使用率。未来,监控摄像头、温控传感器和烟雾报警器可能再也不需要更换电池了。
无线充电技术:三种方式
首先是电磁感应:电磁感应—初级线圈一定频率的交流电,通过电磁感应在次级线圈钟产生一定的电流,从而将能量从传输端转移到接收端。
其次是无线电波式:基本原理—于早期使用的矿石收音机,主要有微波发射装置和微波接收装置组成,接收电路, 可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量,在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。
最后是磁场共振:原理—由能量发送装置,和能量接收装置组成,当两个装置调整到相同频率,或者说在一个特定的 频率上共振,它们就可以交换彼此的能量。
无线充电技术大规模运用的瓶颈
当前,阻碍无线感应式充电技术大规模运用的瓶颈主要是对于辐射的担忧—安全性,因为无线充电会产生强大的磁场。当人或动物位于电动车和充电装置之间时,有可能带来电磁伤害。另外,缺乏统一标准、系统复杂、价格昂贵和传输效率问题也是阻碍其发展的瓶颈。
但是无线充电市场空间广阔,普及程度或比肩wifi。虽然如此庞大体量的市场是无法在短时间内实现完全替代的,但是正如同当年无线网络替代有线,手机替代固话,触屏替代按键一样,科技的进步是无法阻挡的。随着时间的推移,五年、十年,甚至更长的时间内,无线充电技术必然会在生活中如影随形、无处不在。尤其是在智能无人驾驶电动汽车中,无线充电技术必须是标配。
三、石墨烯的基本知识简介
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈˙海姆和康斯坦丁˙诺沃肖洛夫,成功地在实验中制出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因 “在二维石墨烯材料的开创性实验”为由,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯是一种二维晶体,人们常见的石 墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳 原子堆叠而形成的,石墨的层间作用力较弱,很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片。
石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它是已知材料中最薄的一种,质料非常牢固坚硬,在室温状况,传递电子的速度比已知导体都快。
石墨烯是世界上强度最大的材料,据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜(厚度约100 纳米),那么它会能承受大约两吨重物品的压力,而不至于断裂;第二:石墨烯是世界上导电性最好的材料。
石墨烯的应用范围广阔。根据石墨烯超薄,强度超大的特性,石墨烯可被广泛应用于各领域,比如超轻防弹衣,超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性,使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。
石墨烯有可能会成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机,碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂,在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面,由于其高传导性、高比表面积,可适用于作为电极材料助剂。
低成本石墨烯电池 或实现“快速充电”:据了解,美国俄亥俄州Nanotek仪器公司的研究人员,利用锂离子可在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出一种新型储能设备,可以把充电时间从过去的数小时之久缩短到几分钟。该研究成果发表在《纳米快报》上。
石墨烯具有高导电性和良好的柔韧性,是柔性储能器件的理想候选材料之一。利用该材料作为高导电的柔性集流体,设计并制备出可快速充放电的柔性锂离子电池。把磷酸铁锂/石墨烯和钛酸锂/石墨烯复合材料分别作为正负极,采用柔性硅胶为封装体,组装了具有很好柔性的锂离子全电池。该柔性锂离子电池在弯曲时,其充放电特性保持不变,并可在6分钟内完成充电(达到初始容量的90%),在100次循环之后容量保持率在96%。
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