Abstrak:

Artikel ini menyiasat status quo dan perkembangan penyelidikan bahan bertetulang gentian karbon dalam simpanan hidrogen dan selongsong bateri EV dalam bidang kenderaan tenaga baharu. Ia menilai klasifikasi dan trend silinder gas tekanan tinggi dan penutup bateri, menyelidiki kebaikan dan keburukan bahan gentian karbon dalam kegunaan semasanya, dan meramalkan aplikasi dan prospek bahan termaju ini dalam landskap masa depan kenderaan tenaga baharu.

Peralihan ke arah bahan ringan untuk mengurangkan berat keseluruhan telah menjadi strategi utama dalam memajukan pemberat ringan kenderaan tenaga baharu. Kemajuan dalam sains bahan telah membawa kepada penggunaan pelbagai komposit gentian ringan, termasuk bahan bertetulang kaca dan gentian karbon, dalam industri automotif tenaga baharu.

Komposit gentian karbon, yang terkenal dengan ketumpatan rendah, kekuatan tinggi, rintangan kakisan dan ketahanan lesu, adalah antara komposit gentian berprestasi tinggi yang paling banyak digunakan dalam sektor automotif. Aplikasi mereka merangkumi beberapa sistem kenderaan, termasuk kerja badan, enjin, transmisi dan casis, meningkatkan prestasi dan keselamatan kenderaan.

01 Gambaran Keseluruhan Gentian Karbon

Gentian karbon biasanya tidak digunakan secara langsung tetapi sebagai tetulang, digabungkan dengan resin, logam, atau matriks seramik untuk membentuk komposit gentian karbon. Gentian ini menawarkan kelebihan yang ketara: (1) ketumpatan rendah dan kekuatan tinggi, dengan ketumpatan hanya 1.5~2.0 g/cm³, separuh daripada aloi aluminium ringan, dan 4~5kali ganda kekuatan keluli dan 6~7 kali ganda daripada aluminium; (2) rintangan kepada suhu tinggi dan rendah, mengekalkan integriti dalam atmosfera tidak mengoksida sehingga 3000°C dan tidak menjadi rapuh pada suhu ammonia cecair; (3) kekonduksian elektrik yang sangat baik, dengan kerintangan 775 Ω·cm untuk gentian karbon modulus tinggi dan 1500 Ω·cm untuk gentian kekuatan tinggi pada 25°C; (4) rintangan kakisan asid, menahan asid hidroklorik pekat, asid fosforik, asid sulfurik, dll.

Gentian karbon boleh dikategorikan berdasarkan jenis prekursor, sifat mekanikal, dan saiz berkas filamen. Dalam amalan, pengelasan selalunya bergantung pada kekuatan tegangan dan modulus, dengan jenis kekuatan tinggi yang mempunyai kekuatan 2000 MPa dan modulus 250 GPa, jenis modulus tinggi melebihi 300 GPa dalam modulus, jenis kekuatan ultra tinggi melebihi kekuatan 4000 MPa, dan jenis modulus ultra tinggi melebihi 450 GPa dalam modulus.

02 Status Permohonan Komposit Gentian Karbon dalam Bidang Automotif

Dorongan untuk tenaga hijau dan langkah-langkah penjimatan tenaga telah terus meningkatkan bar untuk pemberat ringan automotif. Menurut Persatuan Aluminium Eropah, pengurangan 10% dalam berat kenderaan boleh membawa kepada peningkatan 6%~8% dalam kecekapan penggunaan tenaga dan pengurangan 10% dalam pelepasan bahan pencemar setiap seratus kilometer. Untuk kenderaan tenaga baharu, mengurangkan berat sebanyak 100kg juga boleh meningkatkan julatnya sebanyak kira-kira 6%~11%.

Komposit gentian karbon, yang terkenal dengan berat ringan dan kekuatan tinggi, telah menemui aplikasi yang meluas dalam kenderaan, meningkatkan prestasi dan keselamatannya merentas pelbagai sistem, termasuk kerja badan, enjin, transmisi dan casis.

03

Aplikasi Komposit Gentian Karbon dalam Penyimpanan Hidrogen

Dengan kekuatan tinggi, rintangan kakisan, rintangan keletihan, kalis api dan kestabilan dimensi, komposit gentian karbon telah menjadi pengganti ideal untuk penyimpanan hidrogen dalam kenderaan tenaga baharu dan penutup bateri kuasa ringan.

3.1 Senario Aplikasi Silinder Hidrogen Bertekanan Tinggi

Penggunaan silinder gas tekanan tinggi untuk penyimpanan dan pelepasan hidrogen adalah kaedah yang diterima pakai secara meluas. Bergantung pada bahan, silinder ini dikategorikan kepada empat jenis: sepenuhnya diperbuat daripada keluli, pelapik keluli dengan pembalut gentian, pelapik logam dengan pembalut gentian, dan pelapik plastik dengan pembalut gentian. Struktur dan bahan yang berbeza-beza ini memberikan kos yang berbeza, tahap kematangan dan senario aplikasi.

Pada masa ini, bahan bertetulang gentian karbon merupakan pilihan bahan arus perdana untuk mengeluarkan silinder simpanan hidrogen tekanan tinggi kenderaan, walaupun menghadapi cabaran dalam teknologi dan kos.

04

Aplikasi Komposit Gentian Karbon dalam Penutup Bateri

Kestabilan dan keselamatan bateri kuasa tenaga baharu sentiasa menjadi tumpuan dalam industri. Penutup bateri, yang penting untuk melindungi modul bateri daripada kesan luaran, mesti memenuhi keperluan untuk rintangan kakisan, penebat dan ketahanan suhu. Penutup bateri tradisional biasanya diperbuat daripada aloi keluli atau aluminium. Walau bagaimanapun, dengan kemajuan teknologi, bahan ringan seperti komposit gentian karbon mula digunakan, menawarkan kemungkinan baharu untuk pembangunan kenderaan tenaga baharu.

05

Kesimpulan

Silinder gas tekanan tinggi dengan pelapik logam dan plastik yang dibalut dengan gentian adalah arus perdana dalam teknologi pembuatan semasa. Gentian karbon, dengan sifatnya yang luar biasa, menunjukkan potensi besar dalam pengeluaran silinder gas tekanan tinggi dan penutup bateri. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kekangan kos, penggunaan meluas bahan termaju ini dalam penutup bateri masih belum dapat direalisasikan. Apabila teknologi tenaga baharu berkembang dan kos penggunaan bahan berkurangan, komposit gentian karbon bersedia untuk memainkan peranan penting pada masa hadapan.