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096【写在能源边上】小小碳纤维如何在能源领域大展身手

发布时间:2024-01-04 作者:

  本刊记者   王若溪 

  11月,在第六届中国国际进口博览会上,一款100%碳纤维覆盖车身的纯电动超级跑车在汽车展区展出,吸引了不少观众驻足。这款零百加速仅为1.9秒的轻量化跑车,车身较传统材料减重超过25%,整车强度提升超2.5倍。除了这款吸睛的碳纤维超跑,碳纤维高压储氢量产技术、轻量化可回收碳纤维建筑模板以及众多碳纤维相关新技术、新产品也纷纷亮相进博会。 

  碳纤维是一种广泛应用的新材料,在现代制造业中被誉为“工业黑色黄金”“新材料之王”。碳纤维密度小、强度高,近年来,由于其优异的导电、导热、耐腐蚀、耐疲劳、耐高温、耐骤冷、热膨胀系数小等一系列综合性能,碳纤维被应用于航空航天、电力电缆、新能源、燃料电池、电动汽车制造等领域。 

  风电设备制造是碳纤维最重要的增长市场之一,加大碳纤维材料在风机叶片上的应用已逐渐成为趋势。在今年10月举行的风电产业高质量发展高峰论坛暨碳纤维应用研讨会上,上海电气风电集团股份有限公司的专家指出:“海上风电机组正朝着大型化、轻量化的方向发展,但传统叶片制造材料主要为玻璃纤维复合材料,当叶片长度超过一定值后,玻璃纤维材料模量增长接近极限,无法满足叶片大型化、轻量化的需求。”因此,相较于传统的玻璃纤维复合材料制成的叶片,使用碳纤维或“碳纤维+玻璃纤”混合材料制造的风机叶片,可以在保证结构强度的同时避免受到风载作用而产生变形。碳纤维风机叶片不仅在综合成本上更有优势,其材质也更易生产大直径和自适应性强的风电叶片。 

  在光伏设备制造领域,碳纤维的利用水平也在持续提升。我国光伏装机容量持续增长,光伏的迅猛发展也带动了碳-碳复合材料的量产。根据中国复合材料工业协会的资料,碳-碳复合材料是一种碳纤维增强的碳基体复合材料,具有能在2000摄氏度以上保持较高力学性能的特点。该复合材料主要应用于光伏硅晶热场材料,还可以作为制造坩埚的新替代材料,而坩埚作为熔炼多晶硅或单晶硅的器皿,是光伏直拉单晶热场、多晶铸锭炉热场、太阳能电池镀膜等工艺的关键设备。 

  在氢能领域,碳纤维则有助于帮助破解储运难题。碳纤维覆盖的储氢钢瓶可以降低钢瓶内胆厚度,在同样重量的情况下,碳纤维包裹的储氢瓶更轻便,可多运约30%的氢气。 

  在新能源汽车领域,碳纤维的表现更是令人欣喜。应用碳纤维复合材料可以为汽车减重的同时,提升汽车安全性能,用碳纤维材料制作的驾驶舱在碰撞中变形极小。全球复合材料开发制造商中国恒瑞有限公司汽车公司总经理骆涛表示,目前该公司在中国碳纤维车身市场中的份额已经达到70%,大力发展新能源汽车使得车企对于材料轻量化的需求出现了爆发式增长。近年来,随着比亚迪仰望、广汽昊铂等中国自主品牌汽车高端化进程的提速,越来越多的新能源车企对碳纤维等高端新材料的需求也随之提升,碳纤维材料组成的新能源汽车正逐渐走向规模化。 

  如今,使用碳纤维的行业越来越多,碳纤维的市场也在加速形成。随着国产化碳纤维大规模生产,其价格也在逐渐回落,需求正大量释放。我国众多科研团队正在碳纤维技术自主研发上发力攻关,“细如发丝、轻似鸿毛、强过钢铁”的碳纤维值得更多期待。