在當(dāng)今全球積極推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型、大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的大背景下，充電樁作為新能源汽車普及的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，其性能與效率的提升至關(guān)重要。隨著新能源汽車保有量的急劇增長(zhǎng)，市場(chǎng)對(duì)大功率、高效率充電樁的需求愈發(fā)迫切，兆瓦級(jí)超充技術(shù)成為行業(yè)焦點(diǎn)。
然而，傳統(tǒng)充電樁在電力傳輸過(guò)程中面臨諸多挑戰(zhàn)，材料性能限制導(dǎo)致的傳輸損耗大、高功率快充下導(dǎo)線發(fā)熱嚴(yán)重、熱失控與能源流失等問(wèn)題逐漸涌現(xiàn)，正是此類不斷攀升的風(fēng)險(xiǎn)要素嚴(yán)重制約了超充技術(shù)的發(fā)展。在此前提下，烯流輕纜團(tuán)隊(duì)深入鉆研，探尋能夠降低能源損耗，減少操作風(fēng)險(xiǎn)與導(dǎo)線重量，縮減導(dǎo)線維護(hù)成本的新策略，以“烯流”輕纜——匹配兆瓦超充的石墨烯強(qiáng)化高載流銅纜項(xiàng)目為引，開(kāi)拓出一條使材料更高效、更安全、更輕量的升級(jí)塑造之路，針對(duì)一系列難點(diǎn)痛點(diǎn)進(jìn)行逐一攻克。
圖為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人與團(tuán)隊(duì)成員在鄭州大學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：操作管式爐，調(diào)節(jié)供氣系統(tǒng)，采用化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)石墨烯，制備材料等。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)巧妙運(yùn)用化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝，在銅絲表面連續(xù)生長(zhǎng)高質(zhì)量石墨烯，通過(guò)獨(dú)特的“生長(zhǎng)——加捻——拉拔”周期化循環(huán)加工工藝，實(shí)現(xiàn)了石墨烯在銅基體中的均勻分布，并與銅基質(zhì)在微觀尺度上形成了良好的界面相互作用。這一突破不僅顯著提升了銅纜的力學(xué)和電學(xué)性能，更為兆瓦級(jí)超充技術(shù)提供了堅(jiān)實(shí)的材料基礎(chǔ)。
項(xiàng)目中的“生長(zhǎng)——絞捻——拉拔”循環(huán)連續(xù)制備工藝，通過(guò)整合CVD原位生長(zhǎng)、機(jī)械絞捻和拉拔細(xì)化工藝，首創(chuàng)了循環(huán)工藝路線和專利設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了石墨烯在銅基體中的逐步滲透、分布均勻化和多次自修復(fù)，推動(dòng)了復(fù)合線材向納米尺度結(jié)構(gòu)的演化。
圖為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人與團(tuán)隊(duì)成員就項(xiàng)目?jī)?nèi)容和存在問(wèn)題進(jìn)行討論。
同時(shí)，原位耦合石墨烯增強(qiáng)復(fù)合導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了傳統(tǒng)復(fù)合材料中的“界面失配”、“團(tuán)聚”、“低致密度”等難題，顯著提升了復(fù)合體的綜合性能。而超螺旋納米復(fù)合線材結(jié)構(gòu)工程，則通過(guò)構(gòu)筑類超螺旋排列的納米銅纖維/石墨烯復(fù)合單元，實(shí)現(xiàn)了微觀尺度下的均勻取向與增強(qiáng)機(jī)制協(xié)同，最終形成致密、均一、高強(qiáng)高載的微結(jié)構(gòu)體系，為銅纜材料帶來(lái)了前所未有的性能飛躍。
經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)操作與場(chǎng)景化模擬，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)了解到目前的微結(jié)構(gòu)體系已具備四大優(yōu)勢(shì)：高載流量，從額定載流量和極限載流量分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)；高溫條件下導(dǎo)電性好，電阻溫度系數(shù)TCR極低；力學(xué)性能出色，延展性與拉伸強(qiáng)度大；材料能夠抗氧化耐腐蝕。團(tuán)隊(duì)成員多次設(shè)置對(duì)照組，對(duì)不同材料的性能和效用進(jìn)行多方位比對(duì)，替換現(xiàn)有銅導(dǎo)線，平均線徑能夠減少41%~62%，不僅更加輕量化，節(jié)省銅資源與成本，而且輸送同樣的電流，溫度也顯著降低，其中差別數(shù)百度，極大程度上縮減了焦耳熱造成的能量損耗，降低碳足跡，大大提高了安全性能。
該技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，尤其適合高功率、重負(fù)載的電流輸運(yùn)場(chǎng)景、溫度高又極易氧化的使用環(huán)境、大量使用銅導(dǎo)線的電氣部件等。例如：電動(dòng)汽車充電樁，其中包括華為液冷超沖，比亞迪兆瓦超沖等充電功率已達(dá)600kW~1000KW，電流可高達(dá)1000A的充電設(shè)備?，F(xiàn)有的充電槍電線極其沉重，替換后，所用銅線截面積可以減少為原來(lái)的38%，由于強(qiáng)度增加，鋼芯也可以減少用量，有望減重50%以上。輕量化的材料不易發(fā)燙，安全性能更好，并且樁體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中銅線可以替換，極大提升了能源使用率，有望實(shí)現(xiàn)被動(dòng)散熱或顯著減小散熱組件體積，實(shí)現(xiàn)“輕量化+有效散熱+超節(jié)能”三效合一。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)著力研發(fā)，在研究過(guò)程中取得重大進(jìn)展，該技術(shù)的出現(xiàn)產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。在社會(huì)效益方面，極大地推動(dòng)了新能源汽車的普及，更照顧用戶的充電體驗(yàn)，解決了用戶的“里程焦慮”問(wèn)題，使新能源汽車的使用更便捷、更高效，更安全，為綠色出行提供了有力保障，助力全球節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。從經(jīng)濟(jì)效益角度觀測(cè)，該技術(shù)充分降低了充電樁的建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)成本以及維修成本，提升了充電效率，減少了能源損耗，為充電樁運(yùn)營(yíng)企業(yè)帶來(lái)更高的利潤(rùn)空間，同時(shí)也帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，創(chuàng)造了大量的就業(yè)機(jī)會(huì)。烯流輕纜團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新成果，無(wú)疑為兆瓦超充技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，引領(lǐng)著電力傳輸材料的新一輪變革，為新能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展貢獻(xiàn)了重要力量。
來(lái)源：中國(guó)教育網(wǎng)