在“雙碳”目標背景下，汽車行業減碳迫在眉睫，因此，帶動了新能源汽車產業的蓬勃發展，汽車低碳化成為新的發展方向，如何科學、環保地實現汽車輕量化、減少碳排放成為重要議題。2022年，新能源汽車產銷量繼續保持高速增長，1—7月份，新能源汽車產銷量分別為327.9萬輛和319.4萬輛，均同比增長1.2倍，市場占有率達到22.1%。面對如此龐大的新能源汽車市場，鎂合金以其優良的輕金屬特性越來越受到汽車制造商的重視。當前，在新能源汽車制造領域，涌現出一批新勢力車企，如小鵬、比亞迪、蔚來等車企的部分車型中已經出現鎂合金零部件的身影。而如何實現鎂合金汽車零部件規?；瘧?，大幅提高鎂合金的用量，鎂業發展正面臨新的機遇與挑戰。
鎂企積極推動鎂合金在汽車領域的戰略布局
見習記者 楊一鳴
與傳統材料相比，鎂合金汽車零部件具有質量輕、吸振、阻尼性能良好、鑄造性能優異和易回收等諸多優點，成為汽車實現輕量化較為理想的材料，部分鎂合金汽車零部件已實現量產，在比亞迪、蔚來等新能源車型中規?；瘧?。數據顯示，到2030年，中國汽車單車鎂合金用量將達到45kg，占整車比重4%。預計到2030年，中國汽車市場對鎂合金壓鑄件需求量將達到131萬噸，2020—2030年均復合增長率將達13.2%。
鎂合金汽車座椅支架相比于傳統的沖壓件，可減重50%以上；鎂合金電池箱體、箱蓋較鋁制箱體可減少30%的重量，比鋁合金箱體具備更好的散熱和電磁屏蔽性能；鎂合金轉向軸套筒及支架在汽車發生碰撞時可潰縮吸能，進而保護駕駛員的人身安全；鎂合金車載顯示屏支架，具有優良的散熱性。鎂合金這些優良的性能，使之成為汽車輕量化金屬材料應用中最有利的競爭者。
隨著我國汽車保有量的不斷增加，鎂企業加快轉型升級步伐、以科技力量促汽車領域低碳綠色發展刻不容緩，多家鎂企聚焦“雙碳”目標，多措并舉推動鎂合金在汽車領域應用，助力汽車低碳化、輕量化發展。
云海金屬集團搶抓汽車輕量化發展時機，在穩定鎂合金基礎材料供應的基礎上，著力拓展下游深加工業務，不斷擴大現有產品規模，加大鎂合金深加工汽車部件的研發力度，滿足汽車輕量化發展的需求。該公司將一體化壓鑄的研發作為輕量化的長期發展戰略之一，與高校和汽車廠商合作研發，從設計端開始介入一體化壓鑄全產業鏈發展。目前，該公司擁有多臺3000噸以上的壓鑄機，近期，又增加了兩臺6800噸的壓鑄機。該公司表示，鎂合金汽車零部件的開發需要具備合理的成本，具備規?；?、持續可靠的供應能力以及制造過程中完善的質量保障能力。據悉，該公司電動車用鎂合金輪轂已批量供貨，鎂鍛造輪轂還在研發和樣品試制中。
萬豐鎂瑞丁控股有限公司是全球汽車市場的鎂合金壓鑄零部件優秀供應商，其壓鑄設備以高壓壓鑄為主，擁有500噸~4500噸壓鑄機70余臺。同時，該公司十分注重技術研發，設立了鎂合金技術研發中心，掌握多項鎂合金鑄造領先技術。目前，由于鎂合金連接技術和電偶腐蝕保護技術發展尚未成熟，鎂合金壓鑄件在汽車領域的應用具有一定挑戰。該公司開發了SPR自沖鉚釘技術，可將鎂合金壓鑄件與低碳鋼、高級高強度剛和變形鋁連接，該技術無需表面預處理，具有優異的靜、動態力學性能，適用于減震塔、電池外殼、電機外殼、支柱支架和車載充電器。該公司表示，近幾年，我國對環保要求越來越高，新能源車對于減重的要求越發迫切，鎂合金在汽車上的應用將成為新的發展趨勢，萬豐鎂瑞丁將其在北美市場多年積累的技術經驗，加速應用到國內鎂合金產業發展中。
中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司是中國汽車行業內具有豐富工程經驗的綜合性甲級設計單位。該公司認為，世界主流汽車廠的輕量化戰略為大規模使用輕合金提供了契機，開發新型鎂合金，其成型技術和耐腐蝕技術是支撐汽車用鎂的關鍵技術，提高鎂合金高比強度、延展性、單一蠕變性和混合抗蠕變性是鎂合金未來的重點研究方向。該企業表示，未來，將以“產學研用”融合模式進行深度研究，逐步提升鎂合金材料與零部件企業的技術能力，持續推動鎂合金在汽車領域的廣泛應用。
河南德威科技股份有限公司是鎂合金汽車輪轂成熟優質的供應商，今年3月，該公司與小鵬飛行汽車達成合作，為其提供鎂合金汽車輪轂。該公司表示，目前，我國鎂合金汽車輪轂的相關技術與國外差距較小，部分技術已具有國際領先水平。德威科技鎂合金汽車輪轂各項指標優良，通過德國TUV質量管理體系認證，打開了國產鎂合金汽車輪轂的歐洲市場。
除了鎂合金在汽車零部件中的應用，鎂合金車身一體化壓鑄、高性能鎂合金材料開發等課題也正在進行深入研究。另外，鎂也可作為電動汽車電池的優質原料，相比鋰電池，鎂電池熔沸點較高，不易發生爆炸危險；鎂在自然界分布廣泛，是地球上儲量豐富的輕金屬元素之一，因此，鎂電池成本比鋰電池低得多?？梢?，鎂在汽車領域的應用會有更多的可能性。
鎂在實現汽車輕量化中的用途多種多樣，且鎂在中國的儲量極其豐富，無論是鎂合金汽車零部件，還是鎂電池，我國都有顯著的資源優勢，鎂合金在汽車領域的應用前景十分廣闊。在應用過程中，尚未實現的工藝技術難題，更需要鎂業人士共同攻克，鎂企應加大與高校和科研院所的合作力度，積極提供資金、技術和場所支持，加強與下游企業聯系，為推動汽車產業輕量化發展貢獻鎂業力量。
重慶“鎂合金方案”助力汽車業低碳發展
白麟
在碳達峰、碳中和背景下，作為“碳排放大戶”的汽車行業，如何優化產品結構，推動節能與新能源汽車研發，將行業高質量發展與降碳減排目標有機融合，實現汽車行業低碳發展成為研究熱點。
近日，在西洽會上，多位行業專家學者與業內人士圍繞“中國（重慶）國際綠色低碳及循環發展高峰論壇暨碳中和驅動下汽車產業轉型升級”開展熱烈討論。
困境：
電動汽車減排效果受制約
中國工程院院士、重慶市科協主席潘復生表示，汽車行業需積極行動起來，著力推進降碳減排，否則，將對國家經濟的可持續發展產生重大制約。
據統計，中國以機動車為主的道路交通的碳排放，在全國整體碳排放中占比為7．5％~8．5％。如果將汽車制造環節一并算入，占比將超過10％。
中國汽研環保技術開發室副主任余浩認為，隨著國內汽車保有量不斷增加，汽車領域的碳排放占比可能繼續增大。
“當然，‘雙碳’目標為汽車行業帶來了新的機遇。”余浩表示，目前，世界主要發達經濟體都出臺相關政策，多舉措推動用能結構優化和汽車向低碳方向升級，而發展新能源汽車是其中的一條重要路徑。
長安新能源動力開發部副總經理杜長虹介紹，據統計，純電動乘用車全生命周期碳排放可比傳統燃油車降低40％左右，車輛的電動化是未來降碳減排的關鍵環節之一。
潘復生則表示，目前，國內以煤炭為主的一次能源消費結構，使得電動汽車的能源消耗強度與傳統燃油相比不占明顯優勢。此外，電動汽車的制造和回收，特別是在動力電池生產、報廢等碳排放關鍵環節上，管理與技術尚不成熟，也在很大程度上制約了電動汽車的降碳減排效果。汽車行業低碳發展，需要通過跨行業、多維度的廣泛合作，運用綜合方案加以解決。
思路：
全生命周期解減排難題
蓋世汽車研究院行業高級分析師王健表示，汽車碳排放包含材料周期碳排放和燃料周期碳排放兩個部分。其中，材料周期碳排放主要包含材料開采、生產加工、物流運輸和回收等環節的碳排放，燃料周期碳排放包含燃料生產和燃料使用（汽車出行）的碳排放。就生產端而言，車企可通過引入可再生能源、綠色智能制造以及負碳技術等來打造零碳工廠，以快速降低生產碳足跡。
他認為，國內應該構建以清潔電能為主體的能源補給網絡，實現“源頭零碳”。近期，應加大充換電站補能體系建設，逐步形成慢充、快充、超級快充和極速快換的電能補給網絡；中期可加快導入可再生清潔能源，實現電能對化石能源的消費替代；遠期利用V2G（車輛到電網）等技術實現削峰填谷，將車載分布式儲能與各類場所形成能源聯動網絡，進一步降低能耗。
電動化并非實現碳中和的唯一路徑。王健介紹，對于汽車產業而言，碳中和的對象是碳排放，而并非內燃機，針對內燃機低碳、零碳等替代燃料的開發，也是推動汽車行業實現碳中和的很好選擇。
余浩認為，除了可以通過管理、技術路徑推進汽車行業實現低碳發展外，政府層面還應用好金融政策和工具。
“雖然汽車行業短期內納入全國碳交易的可能性不大，但未來不排除其可能。”余浩指出，此外CCER（國家核證自愿減排量）作為碳交易的補充，汽車行業未來納入的可能性較大。未來，地方碳交易和碳普惠政策也有望覆蓋汽車產業。
與會專家認為，汽車作為能源消費型行業，對產生的碳排放缺乏有效的碳抵消手段，車企或供應商應適時布局可再生能源項目（如光伏工廠）、碳匯等，形成長期有效的碳抵消機制。
亮點：
行業綠色發展的“重慶解決方案”
潘復生表示，汽車行業綠色低碳發展，必須實現產品的輕量化與電池高密度化，并保障電池等關鍵材料的環保和安全生產。在這幾個方面，重慶依托自身在鎂合金領域的研究和產業應用優勢，有望在未來發揮重要影響。
潘復生介紹：“一輛重1．6噸的汽車若采用鎂合金輕量化零部件，重量可降低10％以上，能源消費可降低1萬~2萬元。”他說，這意味著一個年產值幾萬億元的汽車產業，每年可節約幾千億元的能耗。目前，他帶領的團隊已開發出方向盤骨架、顯示屏支架、儀表盤支架等幾十種汽車鎂合金零部件，并在一些高端品牌汽車實現大規模應用。
潘復生還表示，鎂除了應用于汽車輕量化領域，也是電動汽車動力電池的優質原料。相比鋰電池，鎂電池熔沸點較高，并且不會出現鎂枝晶，不易發生爆炸，因此，更加安全。此外，鎂電池能量密度和鋰電池相當，鎂化合物無環境污染，鎂成本只有鋰的1／25。
據介紹，重慶的鎂合金專利數目前為世界第一，重慶大學主辦的鎂合金國際刊物影響因子也是全球同類期刊第一。目前，重慶大學國家鎂合金材料工程技術研究中心已開展“車身一體化結構件壓鑄用高性能鎂合金材料的研制”等重大技術應用項目。在“雙碳”背景下，重慶將通過鎂材料應用等優勢技術和資源，為汽車行業綠色低碳發展提供重要支撐。
鎂二次電池向大規模應用邁進
本報訊 近日，筆者從中國科學院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱青島能源所）獲悉，該研究所固態能源系統技術中心圍繞鎂電池中的關鍵科學問題開展了大量研究工作，在鎂二次電池關鍵科學問題和核心材料方面取得系列成果，該系列成果近期發表在國際權威期刊《德國應化》《先進材料》和《先進能源材料》上。
極具潛力的鎂二次電池
鎂二次電池并不是近些年才出現的概念。從以色列科學家多倫·奧爾巴赫（Doron Aurbach）在2000年首次提出鎂二次電池模型至今，該電化學體系已發展20余年。青島能源所固態能源系統技術中心研究員崔光磊說，鎂二次電池是指以鎂為負極的可循環電池，組成鎂二次電池的核心是鎂負極、電解液及能嵌入鎂的正極材料。
據介紹，鎂具有極高的體積容量，是作為高體積能量密度電池負極的極佳選擇。鎂二次電池的工作原理與鋰二次電池原理相同，但與鋰二次電池相比更安全，其原因在于鎂及多數鎂化合物都是無毒或低毒的，且鎂不如鋰活潑，易于加工操作，同時也比鋰安全；鎂電池沒有類似鋰電池的枝晶生長問題；鎂在地殼中的儲量更高，其價格較鋰更便宜。
隨著“雙碳”目標的提出，新能源迎來跨越式發展。二次電池作為新能源領域被廣泛應用的關鍵裝備之一，其重要性受到各方的重視。
崔光磊表示，盡管研究人員在儲鎂正極、導鎂電解質、鎂負極等關鍵材料方面已經取得了重要進展，但是鎂二次電池還有諸多基礎科學問題亟待克服，產業化應用也尚處于初期探索階段。
具體而言，鎂二次電池的開發主要面臨兩大瓶頸問題。崔光磊表示，一是鎂電解質作為電池體系中的“血液”，起到在正負極之間傳輸鎂離子的重要作用，它在電池體系內部直接與正負極材料接觸，因此，需要同時兼顧鎂負極與高能儲鎂正極的特殊需求，這極大地限制了鎂電解質組分的可選擇范圍，開發與正負極界面兼容性良好的新型鎂電解質體系意義重大；二是因為二價鎂離子不僅帶有兩個電荷，而且“個頭小”，這既是鎂離子能夠在相同體積條件下存儲更多電荷的奧秘，也造成了鎂離子具有電荷密度大、極化作用強的特性，而強極化作用會導致鎂離子在正極材料晶格內部受到較大庫侖力作用的牽制，從而造成鎂離子擴散速度緩慢，因此，鎂二次電池常見的嵌入型正極材料結構普遍表現出較差的可逆脫嵌鎂離子能力，開發新型高效儲鎂正極材料迫在眉睫。
解決鎂二次電池研發系列難題
圍繞上述鎂電池待解的關鍵問題，在崔光磊的帶領下，青島能源所科研團隊多年來開展了大量研究工作。
針對鎂電解質方面的問題，崔光磊研究團隊通過大量的篩選測試和理論分析，確立了硼（鋁）基鎂鹽的合成路線，開發出一系列高性能硼（鋁）基鎂電解質體系，其表現出優異的鎂離子傳輸特性和鎂負極兼容性。
崔光磊表示，研究人員通過鎂負極的界面優化工程進一步拓展了鎂電解質組分的可選擇范圍，極大地提升了多種鎂電解質體系與鎂負極的界面兼容性。該研究團隊還深入解析了鎂負極界面處的微觀電化學反應過程，實現了鎂沉積/溶出行為的高效調控，為鎂負極的高效、循環利用奠定了重要理論基礎。
“除了上述液態鎂電解質體系，為了充分發揮鎂電池的高安全特性，研究人員基于技術中心在固態鋰電池方面多年的技術積累，還設計開發了多種單離子導體概念的聚合物基固態鎂電解質體系，該體系表現出優異的室溫鎂離子傳輸性能和正負極界面兼容性。研究人員還成功制備了相應的固態鎂二次電池器件，實現了鎂電池的寬溫區、長循環工作，為研發適應地下資源勘探、太空探索等極端工況的特種電源提供了充足的技術儲備。”崔光磊說，針對儲鎂正極材料方面的問題，研究團隊則重點關注具有高比容量特性的轉化型正極。
崔光磊認為，在眾多在研的新興電池技術中，鎂二次電池憑借高體積能量密度、高安全性、高自然豐度以及低成本等諸多優勢，成為“后鋰離子電池”時期極具發展潛力的電池體系之一。
目前，研究團隊及合作伙伴已經在鎂二次電池領域發表高影響力SCI論文30余篇，申請相關專利10余項，基本形成了具有完全自主知識產權的鎂電池核心技術。在實際應用場景方面，該團隊以中國科學院深海智能技術先導專項為牽引，已突破了鎂二次電池制作工藝上的關鍵技術瓶頸，開發出能量密度560瓦時/千克的單體電池?；谠搯误w電池設計組裝的鎂硫電池系統，不僅順利通過了深海高壓環境的模擬打壓測試，而且已經跟隨中國科學院深海所科考船，在南海實現了深海環境下連續30小時的穩定工作，成功實現了鎂二次電池的示范應用。目前，更大的應用示范項目也正在籌備中。
崔光磊表示，盡管鎂二次電池的大規模應用還處于初期探索階段，但是其在提升二次電池的安全性、降低二次電池的成本、緩解二次電池的污染等方面都有巨大潛力，有望在多個應用場景中部分替代鋰電池或鉛酸電池。（科技）
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