Резюме:

Тази статия изследва статуквото и научноизследователските разработки на подсилени с въглеродни влакна материали в хранилищата на водород и корпусите на батерии за електромобили в областта на превозните средства с нова енергия. Той оценява класификациите и тенденциите на газовите бутилки с високо налягане и кутиите за батерии, навлиза в предимствата и недостатъците на материалите от въглеродни влакна при настоящите им употреби и предвижда приложенията и перспективите на тези усъвършенствани материали в бъдещия пейзаж на новите енергийни превозни средства.

Преминаването към олекотени материали за намаляване на общото тегло се превърна в ключова стратегия за напредъка в олекотяването на нови енергийни превозни средства. Напредъкът в науката за материалите доведе до приемането на различни композитни материали с леки влакна, включително материали, подсилени със стъклени и въглеродни влакна, в новата енергийна автомобилна индустрия.

Композитите от въглеродни влакна, известни със своята ниска плътност, висока якост, устойчивост на корозия и издръжливост на умора, са сред най-широко прилаганите високоефективни влакнести композити в автомобилния сектор. Техните приложения обхващат няколко системи на превозни средства, включително каросерията, двигателя, трансмисията и шасито, подобрявайки производителността и безопасността на превозното средство.

01 Преглед на въглеродни влакна

Въглеродните влакна обикновено не се използват директно, а като армировка, комбинирана със смола, метал или керамични матрици за образуване на композитни материали от въглеродни влакна. Тези влакна предлагат значителни предимства: (1) ниска плътност и висока якост, с плътност само 1,5~2,0 g/см³, половината от това на леките алуминиеви сплави и 4~5пъти здравината на стоманата и 6~7 пъти тази на алуминия; (2) устойчивост на високи и ниски температури, запазване на целостта в неокисляващи атмосфери до 3000°C и не става крехко при температури на течен амоняк; (3) отлична електрическа проводимост, със съпротивление от 775 Ω·см за въглеродни влакна с висок модул и 1500 Ω·см за влакна с висока якост при 25°C; (4) устойчивост на киселинна корозия, издържаща на концентрирана солна киселина, фосфорна киселина, сярна киселина и др.

Въглеродните влакна могат да бъдат категоризирани въз основа на вида на прекурсора, механичните свойства и размера на снопа от нишки. На практика класификацията често зависи от якостта на опън и модула, като видовете с висока якост имат якост от 2000 MPa и модули от 250 Общ успех, типовете с висок модул надвишават 300 Общ успех в модула, типовете с ултрависока якост надвишават 4000 MPa в якост и типове с ултрависок модул, надвишаващи 450 Общ успех в модул.

02 Състояние на приложението на композитите от въглеродни влакна в областта на автомобилостроенето

Стремежът към зелена енергия и енергоспестяващи мерки непрекъснато вдига летвата за олекотяване на автомобилите. Според Европейската алуминиева асоциация, 10% намаление на теглото на превозното средство може да доведе до 6%~8% подобрение на ефективността при използване на енергия и 10% намаление на емисиите на замърсители на сто километра. За нови енергийни превозни средства намаляването на теглото със 100 кг може съответно да увеличи техния пробег с около 6%~11%.

Композитите от въглеродни влакна, известни със своето леко тегло и висока якост, намериха широко приложение в превозните средства, подобрявайки тяхната производителност и безопасност в различни системи, включително каросерията, двигателя, трансмисията и шасито.

03

Приложения на композити от въглеродни влакна при съхранение на водород

Със своята висока якост, устойчивост на корозия, устойчивост на умора, забавяне на пламъка и стабилност на размерите, композитите от въглеродни влакна са се превърнали в идеални заместители за съхранение на водород в нови енергийни превозни средства и леки кутии за батерии.

3.1 Сценарии за приложение на водороден цилиндър с високо налягане

Използването на газови бутилки с високо налягане за съхранение и освобождаване на водород е широко разпространен метод. В зависимост от материала, тези цилиндри се категоризират в четири типа: изцяло изработени от стомана, стоманена обвивка с обвивка от влакна, метална обвивка с обвивка от влакна и пластмасова обвивка с обвивка от влакна. Тези различни структури и материали представят различни разходи, нива на зрялост и сценарии на приложение.

В момента подсилените с въглеродни влакна материали са основният избор на материал за производство на автомобилни бутилки за съхранение на водород под високо налягане, въпреки предизвикателствата в технологиите и разходите.

04

Приложения на композити от въглеродни влакна в кутии за батерии

Стабилността и безопасността на новите енергийни батерии винаги са били фокусни точки в индустрията. Корпусите на батериите, които са от съществено значение за защита на модулите на батериите от външни въздействия, трябва да отговарят на изискванията за устойчивост на корозия, изолация и температурна устойчивост. Традиционните кутии за батерии обикновено се изработват от стомана или алуминиеви сплави. Въпреки това, с технологичния напредък започват да се използват леки материали като композитни материали от въглеродни влакна, предлагащи нови възможности за разработване на нови енергийни превозни средства.

05

Заключение

Газовите бутилки с високо налягане с метални и пластмасови обвивки, обвити във влакна, са основният поток в настоящата производствена технология. Въглеродните влакна, със своите изключителни свойства, показват голям потенциал в производството на газови бутилки с високо налягане и кутии за батерии. Въпреки това, поради ограниченията на разходите, широкото приложение на тези усъвършенствани материали в кутии за батерии все още не е реализирано. Тъй като новите енергийни технологии се развиват и цената на приложенията на материалите намалява, композитите от въглеродни влакна са готови да играят значителна роля в бъдеще.