央广网——天津理工大学团队创新攻关 两项关键技术应用于“天津号”太阳能电池车

在近日召开的天津市科学技术奖励大会上，作为2021年天津市重大科技创新攻关成果，名为“天津号”的纯太阳能汽车正式发布亮相。这是一款只需要“晒太阳”就能行驶的高等级智能车。

据了解，“天津号”太阳能电池车项目自立项以来，这台“含津量”100%的高等级智能网联汽车共有42家单位参与联合攻关，攻克了太阳能高效转化、高密度储能、轻量化材料等多领域前沿技术，集成了镁合金、钙钛矿、碳纤维、高阻燃降噪材料等47项先进技术。

天津理工大学显示材料与光电器件省部共建教育部重点实验室团队积极参与该项目的研发，大胆创新，成功将“廉价高性能镁合金部件”和“曲面太阳能电池”两项关键技术应用于“天津号”太阳能电池车，有效降低生产成本，在减少能源消耗、环境保护和技术创新方面迈出坚实步伐。

在“天津号”太阳能电池车车身轻量化技术攻关上，天津理工大学组建了由陈民芳教授领衔的研究团队负责项目开发。为达到车身仪表板管梁和轮毂减重10%的挑战，团队上下迎难而上。陈民芳教授告诉记者：“车身仪表板管梁是整车仪表板、中控仪表等部件的主要承重部件，也是车身总成的关键部件。根据整体设计需要，‘天津号’仪表板管梁呈‘日’字形结构，横截面挤压焊点多达6个。由于无法直接浇铸，只能挤压成型，再加之密排六方结构的镁合金塑性变形能力较差的特性，使得挤压成型的难度提升了数倍。为此，高性能镁合金成分设计与组织结构调控成为破解异型管梁加工的关键。”团队采用具有自主知识产权的高剪切搅拌熔炼技术，通过原位自生纳米变质相，显著细化镁合金晶粒和第二相，不仅提高了传统Mg-Al合金的强韧性和耐蚀性，而且相比添加稀土元素的同类镁合金，还大大降低了成本。一遍又一遍地调整成分和加工工艺，为“天津号”瘦身的最后10%作出了贡献，也让学校的科研成果走出了校门，真正投入到了工业生产中。

此外，太阳能电池车的产业化发展不但要求电池高效，同时还涉及成本可控等关键技术。由于太阳能电池车能够铺设电池的面积有限，这也为产业化发展带来阻力。针对这一难题，天津理工大学曹焕奇教授团队在参与该项目研发的过程中，开发出一套能够在曲面基底上生长钙钛矿材料的工艺。该工艺利用气相蒸镀方法在曲面金属衬底上制备钙钛矿前驱薄膜，之后通过多物理场控制方法将其转化为高质量的钙钛矿电池材料。钙钛矿太阳能电池的理论成本可以低至0.5元每瓦，按此推算只需几千元就可以为汽车铺装太阳能电池，能够大大降低电池的成本。这一工艺还具有可在3D曲面上均匀成膜的特点，由此制备的电池效率可达20%，与传统主流硅太阳能电池接近，但质量仅为后者的约1%。而且，该技术利用汽车现有金属作为电池的电极，几乎不额外增加汽车重量。值得一提的是，钙钛矿太阳能电池色彩丰富，除了常规的黑色之外，还可以制备成其他颜色，可以很好与汽车原有色彩搭配。

记者了解到，测试数据显示，在晴好天气下，“天津号”平均日发电量达到7.6度，支撑续航里程超过70公里，可以满足绝大部分城市上班族的上下班需求。在阴天的情况下，太阳能电池组件依然能够发电。“天津号”因此彻底告别了加油站和充电桩。