电池驱动汽车所需的材料为化学家和化学工业带来了新的挑战。

内燃机现在还没有死，但它可能已经开始死亡了。2021年11月在英国格拉斯哥举行的Cop26气候大会上采取的为数不多的大胆步骤之一是宣布到2040年在所有市场逐步淘汰汽油和柴油汽车的销售，并在2035年之前逐步淘汰主要市场的销售：许多欧洲国家已经设定了更早的日期，英国选择的是2030年。即使这个时间表对许多人来说似乎令人沮丧地缓慢，但它可能是汽车行业能够支持的最早的时间表，因为它的交货时间通常很长。

电动汽车的化学性质

这种从汽油和柴油以及更普遍的石油和天然气向电力的转变，不仅受到监管的推动，甚至仅仅是由气候紧急情况推动的。2021年11月的Cop26夹在2021年9月的英国汽油危机和俄罗斯与乌克兰之间的灾难性冲突之间。汽油危机可能是短暂的，相对微不足道的，但去年秋天在英国，很少有人会轻易忘记在加油站关闭后加油的困难之处，或者需要排队几个小时来加满油箱。俄罗斯与乌克兰之间的冲突带來的变化并不是直接的，但要严重和广泛得多，欧洲对俄罗斯石油和天然气的依赖尤其成为一个安全和环境问题。此外，俄罗斯并不是唯一一个坐拥世界剩余化石燃料储备令人不快的政权，还有沙特阿拉伯和卡塔尔政府，几乎没有比这更让人头疼的了。

对于许多人来说，汽车或货车是满足其运输需求的唯一可行解决方案。

这些全球趋势已经加速了人们从汽油转向的兴趣。今年在欧洲销售的所有汽车中，约有12-15%可能是电动汽车。Connected Places Catapult是英国九个创新中心之一，与企业合作，在广泛的领域进行后期研发。它对城市，交通和地方的关注将其与2019年通过的挑战联系起来，即到2050年实现温室气体净零排放。它正在大力投资项目，以减少英国运输造成的总排放量的27%，重点是低排放和零排放的汽车。

“显然，在促进行为改变方面，让人们更容易选择步行，骑自行车或乘坐公共交通工具，以及创新的”移动即服务“解决方案，例如现在广泛使用的电动滑板车，”Connected Places Catapult的高级技术专家Alan Nettleton说。“但对于许多人来说，汽车或货车是满足他们运输需求的唯一可行解决方案。因此，我们必须确保私家车尽可能清洁，这意味着需要使用电池电动汽车”。

无论未来的汽车是自主的还是手动驾驶的，无论它们是个人拥有的还是共享的，它们几乎不可避免地都是电动的。虽然很明显，全电动汽车不消耗碳氢化合物燃料，但它们的制造需要比传统车辆采用更多的精细化学品，塑料和聚合物。

苛刻的标准

电池电动汽车（通常称为BEV，Battery electric vehicles）具有强大的电动牵引电机来取代内燃机，并且没有燃油泵，燃油管路或者燃油箱。因此，它没有排气管或尾气管，因此没有“尾气排放”（用于评估其他车辆类型的排放或其他方面的关键统计数据）。这与各种形式的混合动力电动汽车形成鲜明对比，后者虽然含有电池，但仍具有汽油或柴油发动机。由众多锂离子电池组成的大型电池组位于汽车地板下，驱动电机，电机的动力通过电动变速器传输到车轮。冷却液系统包围着车辆的电气和电子部件，以对其进行绝缘并保持安全的工作温度。

车辆电池必须冷却，电绝缘并防止碰撞

电动汽车只有在其结构中使用的材料具有一组特定的性能（无论是单独使用还是组合使用）时才能安全有效地运行。汽车的部件承受极高的电压、温度和应力，因此某些部件必须完全电气隔离，并且车辆还必须能够抵抗此类应力。必须保护电池免受碰撞损坏以防止火灾，并且整个车辆必须由低密度的材料制成，以减轻车辆的总重量。这个问题限制了最早型号的采用。材料还必须尽可能耐用和便宜。“到目前为止，BEV只渗透到高端市场，”Nettleton说。“制造成本必须下降，但在车辆的价格普遍降低到二手车的价格之前，不太可能实现普遍采用”。

最后，即使是像颜色这样看似平凡的东西也可能是一个问题：用于指示常见危害的颜料，如高压电缆，必须是稳定的。因此，一些世界顶级化工公司迅速进入这一领域也就不足为奇了。

含氟聚合物是电绝缘涂层的理想材料

当今汽车中的锂离子电池比我们手持电子设备中无处不在的相同类型的电池更具冲击力。“电池在电动汽车底板上的包装以及电池之间的隔板，不仅在正常使用期间，而且在碰撞后可能发生的灾难性故障期间，都必须提供完整的绝缘和保护，”伦敦大学学院化学工程教授，由法拉第研究所资助的六所英国大学和工业合作伙伴的合作组成的SafeBatt联盟的成员Paul Shearing说。

此外，趋势是电机和传动系统部件的功率密度更高。这要求电机具有改进的绕组线性能，具有相同功率的更小电机，并通过设计简单和使用更少的材料来实现更高的扭矩和速度，从而降低成本。目前的标准电线涂层很容易因热、高压和电机频率而降解，并失去其绝缘和电气性能。新型含氟聚合物被视为下一代材料，具有适合满足这些应用的理想性能。

日本跨国化学品公司大金工业公司最初专门从事空调的研究，这意味着由于其在氟碳化学方面的专业知识，它处于进入这个市场的有利地位。“由于碳氟键的独特性质，含氟聚合物是电机绕组应用电绝缘涂层的理想材料，”位于德国多特蒙德的大金化学欧洲创新中心应用开发副总裁Peter Hupfield说。“这是化学中最强的共价键之一，因为它的极性，氟原子周围的电子密度很高，所以很难断裂。这些化合物非常稳定，因此具有独特的电气、机械、化学和耐热性能，非常适合要求苛刻的应用，如开发更高性能的线材等”。

安全问题

总部位于德国的化工巨头巴斯夫既是汽车行业的专家，也是可持续发展的先驱：例如，2008年，它是世界上第一家记录和公布自己的二氧化碳排放量的大型制造公司。这家公司的化学材料非常适合电动汽车的应用，巴斯夫的化学产品用于电动汽车的车身，也用作冷却剂、防腐涂料，也许令人惊讶的是，还用于特种着色剂。

电动汽车电池的冷却剂具有防止潜在放电的额外需求

所有汽车都需要冷却剂来防止其发动机过热并可能引发火灾，但电动汽车中的冷却剂尤其重要，因为所涉及的温度和电压较高。汽车工业中使用的典型冷却剂主要由水和乙二醇的混合物组成。两种液体都是需要的，因为它们具有特殊的物理特性：水，因为它的高热容量和导热性允许整个车辆中的电池快速散热，而乙二醇由于其低熔点，这对于车辆在寒冷气候下使用至关重要。水和乙二醇的1：1混合物在温度达到-37°C之前不会冻结。 冷却剂的其他成分（略高于痕量水平）是有机或无机腐蚀抑制剂，用于保护冷却液回路的金属部件（铝、铜、钢或其他合金）免受损坏。

巴斯夫正在开发一代更安全的新型冷却液，其导电性较低，可防止触电和火灾。巴斯夫德国汽车油技术营销高级经理Itamar Malkowsky表示：“我们的新型Glysantin电气化冷却液不会与电池的高压组件发生反应，即使电池在事故中损坏并且冷却液直接接触。“我们通过使用具有较低极性的乙二醇衍生物和非离子腐蚀抑制剂或具有低离子解离倾向的离子腐蚀抑制剂来实现这一目标。

自20世纪40年代以来，当RAL颜色图表系统完成时，可以使用字母RAL和四位数字代码指定40种标准化颜色中的任何一种。“几年前，德国汽车行业的一个工作组找到我们，要求我们采用明亮且公认的警告颜色来表征电动汽车的高压部件，”巴斯夫高性能材料研发高级副总裁Josef Wünsch说。“他们要求RAL2003，一种易于识别的橙色调[在颜色列表中被描述为柔和的橙色];我们面临的挑战是生产一种在车辆的整个使用寿命期间保持稳定的配方。由简单的红色和黄色颜料混合物制成的橙色色调可以迅速褪色为褐色，但巴斯夫的研究人员已经能够生产出完全符合规格并经得起时间考验的无机颜料和有机染料的混合物。

可耐福工业公司于1932年在德国成立，目前在整个欧洲开展业务，是另一家在电动汽车制造中发挥作用的化学品公司。20 多年来，可耐福工业公司的轻质耐用的发泡聚丙烯和发泡聚苯乙烯泡沫塑料已用于制造模制汽车部件。然而，这些材料还具有物理特性，使其成为电池组中电池隔膜的理想选择。它们是出色的热绝缘体和电绝缘体，即使汽车卷入碰撞，也能大大降低电池部件之间或外部的热量逸出或产生大电流的风险。

回收要求

没有尾气排放的汽车在其使用寿命期间可以假设其排放为净零，至少如果它们由可再生能源提供动力（可再生能源不受制造商或驾驶员的控制）。然而，只有当它们的制造和处置没有产生排放，并且它们的组件被回收利用时，它们才能被认为是完全净零的。至少，事实证明，这些电池的使用寿命比行业专家最初预期的要长得多。“典型的锂离子电池将通过长达1000次充电循环保持”足够高效“，”Shear说。“两次充电之间的典型续航里程约为250英里，结果是25万英里......很少有传统汽车能达到这样的里程，所以电池可能比汽车持续更长的寿命时间。事实上，电池在原始容量的80%左右时已经“退役”，而它仍然有许多潜在的用途，只是不能在电动汽车中应用。最终取代锂离子电池的电池应该更加高效和更加持久。

电池的使用寿命为1000次充电循环，电池的使用寿命可能比汽车本身要更长

大型商用汽车对汽车制造商来说是一个特殊的挑战，因为他们强大的电池需要更多的资源来保持充电。一辆典型的卡车需要一个500kWh的电池，大约是驱动一辆中型私家车的容量的八倍。“为了有效地交付货物，电动卡车中的电池必须能够在不充电的情况下运行，只要他们的司机在休息时间之前合法地驾驶，即4.5小时，”Nettleton说。“它们还必须快速充电，这给充电站带来了进一步的压力。然而，目前正在考虑气候友好型公路货运的替代解决方案。西门子的eHighway正在德国几段高速公路上进行试验，通过类似于火车使用的架空受电弓为卡车提供电力。

汽车和卡车将成为我们未来几十年生活的一部分。如果我们要及时（及以后）应对真正净零排放的挑战，以避免最严重的气候崩溃，如果我们要摆脱从不稳定或专制政权进口化石燃料的束缚，下一代电动汽车必须更具可持续性，“从摇篮到坟墓”，尽可能多的部件易于回收。也许最重要的是，它们必须为普通驾驶者提供更实惠的价格。向前迈出的重要一步将是用一种或多种电池类型取代锂离子电池技术，这些类型的电池使用廉价，可回收和随时可用的材料。满足这些和其他材料用于未来电动汽车的技术要求，势必会为化学家提供更多的机会。