天上也能跑火车？ 由“空铁”看碳基材料的未来！

       11月21日下午，“世界第一列以锂电池动力包为牵引动力的空中悬挂式轨道列车”在成都投入试运行。 　　

      因其令人耳目一新的运行方式，空中悬挂式轨道列车又被外界形象的称为“空铁”。自9月30日在挂线成功后，“空铁”引发社会热议。


      车厢就挂在约8米高的轨道梁上，车厢内部与公交车无异，白色的车门、蓝色座椅、把手，车窗明亮。无论上坡还是转弯，“空铁”运行平稳，除偶尔有轻微的抖动外，并无剧烈的颠簸。

      新能源“空铁”项目总设计师、中科院院士翟婉明说，抖动可能与钢梁的焊缝及磨合程度有关，属正常情况，试运行阶段将进一步优化参数，考核其稳定性，制定完善“空铁”技术标准。翟婉明预计，半年到一年时间可完成这项工作，下一步将考虑投入商用。

      翟婉明说，“空铁”的安全性是“独一无二的”，“空铁”的转向架和锂电池动力包设置于封闭的箱形轨道梁内部，车辆走行机构始终封闭于箱形轨道梁内部，因此不会出现脱轨的情况。由于列车在空中运行，也不会与其他物体相碰撞，这样充分保障了系统的运营安全。 　　

      “空铁”以锂电池包为牵引动力，就必须考虑轨道列车的续航问题，那么锂电池包的充能、储能能力以及车身的轻量化发展就必须受到重视！

轻量化浪潮再次掀起？

      为了解决新能源汽车续航里程短的问题,在能源效率短期很难实现较大突破的现实下,车身轻量化逐渐引起产业关注。同样的在轨交车辆和航空飞行器制造方面,轻量化改造也起到了举足轻重的作用。

      “空铁”作为悬挂式轨道列车，轻量化发展是必经之路！目前的轻量化主要涉及4大材料:碳纤维复合材料、铝合金、镁合金、高强度钢。对这些材料的选择,往往要从成本、与金属的连接、修复及回收等方面进行综合考量。轻量化带来的不仅仅是材料的革新,更是产业链的重整和制造装备的需求激活。 

碳纤维材料独领风骚

      碳纤维材料泛指由碳纤维和聚合物树脂复合而成的碳纤维复合材料料。由于高强度+低密度的特点,碳纤维复合材料的应用一直备受关注。

      未来“空铁”若使用碳纤维复合材料为车身，可以省去大量的紧固件、连接件、焊接材料等附属结构重量,因此不仅是材料本身重量减轻,附加重量也得到降低,未来一体化碳纤维复合材料成型技术有望对轨道列车等装备减重起到巨大作用。

      世界首创锂电池替代高压电，石墨烯基锂电池能再火一把？

      新能源“空铁”项目总设计师、中科院院士翟婉明介绍说，此前德国和日本虽然已经拥有“空铁”相关技术，但其动力采用高压电网，而中国研制的首列新能源“空铁”，创造性地用锂电池包代替高压电用于列车的动力，属于世界首创。

      而石墨烯电池是在锂电池的基础上，仅在电池的正极上添加少许的石墨烯复合材料，就可以达到提高充电速度和电池容量的效果。石墨烯能提高导电性能，因此加入石墨烯的锂电池比普通电池的充电速度提高数倍，续航里程提高30%以上，但价格却没有太大的差距，一瓦时成本仅增加15% 。由于石墨烯导电性特别好，电阻小，相应的电池安全也是十分有保障的。

      未来“空铁”若实现石墨烯基锂电池作为牵引力，续航能力必将再上一层楼！

5分钟 快充王者

      石墨负极理论容量372mAh/g，石墨烯纳米复合负极材料能量密度超过1200mAh/g，且不可逆容量损失小，而石墨烯正极复合材料可大幅提升锂电的充放电效率与循环寿命，可实现5分钟完成充电。  

500公里 耐力悍将

      聚碳动力掌握石墨烯电池制备核心技术，独特的制备工艺调节片径分布均匀，提高导电性。锂离子在负极中有很高的扩散率，提高可逆的嵌入反应，有良好的电导率和热力学稳性。  

      这种石墨烯聚合材料电池的循环寿命较长，是传统镍氢电池的四倍，锂电池的一倍。且因石墨烯的特性，此电池的重量仅为铁锂电池的一半，使得装载该电池的汽车更加轻量化，进而让“空铁”车辆持久续航。

      较之普通城市交通网络，新能源“空铁”优势明显。如今的城市虽然地下有地铁、地上有轻轨，但拥堵的问题依然没有得到解决，“空铁”的目的就是在不改变原有城市交通布局的前提下，增加城市交通网络的运力。而未来碳纤维轻量化的发展以及石墨烯电池的进一步研发，都将极大的提高“空铁”的续航能力，进而促进“空铁”产业的快速发展，让天上跑火车不再是一个笑谈。