Soyut:

Bu makale, yeni enerji araçları alanında hidrojen depolama ve EV akü muhafazalarında karbon fiber takviyeli malzemelerin mevcut durumunu ve araştırma gelişmelerini incelemektedir. Yüksek basınçlı gaz tüplerinin ve akü mahfazalarının sınıflandırmalarını ve eğilimlerini değerlendiriyor, karbon fiber malzemelerin mevcut kullanımlarındaki artılarını ve eksilerini araştırıyor ve bu gelişmiş malzemelerin yeni enerji araçlarının gelecekteki ortamındaki uygulamalarını ve beklentilerini öngörüyor.

Toplam ağırlığı azaltmak için hafif malzemelere geçiş, yeni enerji araçlarının hafifleştirilmesinin geliştirilmesinde temel bir strateji haline geldi. Malzeme bilimindeki ilerleme, yeni enerji otomotiv endüstrisinde cam ve karbon fiber takviyeli malzemeler de dahil olmak üzere çeşitli hafif fiber kompozitlerin benimsenmesine yol açmıştır.

Düşük yoğunluğu, yüksek mukavemeti, korozyon direnci ve yorulma dayanıklılığı ile tanınan karbon fiber kompozitler, otomotiv sektöründe en yaygın olarak uygulanan yüksek performanslı fiber kompozitler arasındadır. Uygulamaları üstyapı, motor, şanzıman ve şasi dahil çeşitli araç sistemlerini kapsayarak araç performansını ve güvenliğini artırır.

01 Karbon Fiber Genel Bakış

Karbon fiberler tipik olarak doğrudan kullanılmaz, karbon fiber kompozitler oluşturmak için reçine, metal veya seramik matrislerle birleştirilerek takviye olarak kullanılır. Bu lifler önemli avantajlar sunar: (1) düşük yoğunluk ve yüksek mukavemet, yalnızca %1,5 yoğunlukla2,0 g/cm³, hafif alüminyum alaşımlarının yarısı ve 4~5çeliğin mukavemetinin katı ve alüminyumun mukavemetinin 6~7 katı; (2) yüksek ve düşük sıcaklıklara dayanıklılık, 3000°C'ye kadar oksitleyici olmayan atmosferlerde bütünlüğün korunması ve sıvı amonyak sıcaklıklarında kırılganlaşmama; (3) 25°C'de yüksek modüllü karbon fiberler için 775 Ω·cm ve yüksek mukavemetli fiberler için 1500 Ω·cm dirençle mükemmel elektrik iletkenliği; (4) konsantre hidroklorik asit, fosforik asit, sülfürik asit vb.'ye karşı asit korozyon direnci.

Karbon fiberler öncü tipine, mekanik özelliklere ve filaman demet boyutuna göre kategorize edilebilir. Uygulamada sınıflandırma genellikle çekme mukavemeti ve modülüne dayanır; yüksek mukavemetli tipler 2000 MPa ve modül 250 GPa, yüksek modüllü tipler modül olarak 300 GPa'yı aşar, ultra yüksek mukavemetli tipler mukavemet olarak 4000 MPa'yı aşar ve Modül olarak 450 GPa'yı aşan ultra yüksek modül türleri.

02 Karbon Fiber Kompozitlerin Otomotiv Alanında Uygulama Durumu

Yeşil enerji ve enerji tasarrufu önlemlerine yönelik baskı, otomotivin hafifletilmesinde çıtayı sürekli olarak yükseltti. Avrupa Alüminyum Birliği'ne göre, araç ağırlığındaki %10'luk bir azalma, enerji kullanım verimliliğinde %6~%8'lik bir iyileşmeye ve yüz kilometre başına kirletici emisyonlarda %10'luk bir azalmaya yol açabilir. Yeni enerji araçları için ağırlığın 100 kg azaltılması menzillerini yaklaşık %6~%11 oranında artırabilir.

Hafifliği ve yüksek mukavemeti ile bilinen karbon fiber kompozitler, araçlarda geniş bir uygulama alanı bulmuş ve kaporta, motor, şanzıman ve şasi de dahil olmak üzere çeşitli sistemlerde performanslarını ve güvenliklerini arttırmıştır.

03

Hidrojen Depolamada Karbon Fiber Kompozit Uygulamaları

Yüksek mukavemeti, korozyon direnci, yorulma direnci, alev geciktiriciliği ve boyutsal stabilitesi ile karbon fiber kompozitler, yeni enerji araçlarında ve hafif güç aküsü muhafazalarında hidrojen depolamanın ideal alternatifi haline geldi.

3.1 Yüksek Basınçlı Hidrojen Tüpü Uygulama Senaryoları

Hidrojenin depolanması ve serbest bırakılması için yüksek basınçlı gaz silindirlerinin kullanılması yaygın olarak benimsenen bir yöntemdir. Malzemeye bağlı olarak bu silindirler dört tipe ayrılır: tamamen çelikten yapılmış, fiber sargılı çelik astar, fiber sargılı metal astar ve fiber sargılı plastik astar. Bu değişen yapılar ve malzemeler farklı maliyetler, olgunluk seviyeleri ve uygulama senaryoları sunar.

Şu anda karbon fiber takviyeli malzemeler, teknoloji ve maliyet açısından karşılaşılan zorluklara rağmen, araç yüksek basınçlı hidrojen depolama silindirlerinin üretiminde ana malzeme tercihidir.

04

Pil Muhafazalarında Karbon Fiber Kompozit Uygulamaları

Yeni enerji güç pillerinin istikrarı ve güvenliği her zaman sektörde odak noktası olmuştur. Akü modüllerini dış etkilerden korumak için gerekli olan akü muhafazaları, korozyon direnci, yalıtım ve sıcaklığa dayanıklılık gereksinimlerini karşılamalıdır. Geleneksel akü muhafazaları genellikle çelik veya alüminyum alaşımlardan yapılır. Ancak teknolojik gelişmelerle birlikte karbon fiber kompozitler gibi hafif malzemeler kullanılmaya başlanıyor ve bu da yeni enerjili araç geliştirme için yeni olanaklar sunuyor.

05

Çözüm

Fiberle sarılmış metal ve plastik astarlı yüksek basınçlı gaz silindirleri mevcut üretim teknolojisinin ana akımını oluşturmaktadır. Olağanüstü özellikleriyle karbon fiber, yüksek basınçlı gaz silindirleri ve akü muhafazalarının üretiminde büyük potansiyel göstermektedir. Ancak maliyet kısıtlamaları nedeniyle bu gelişmiş malzemelerin pil muhafazalarında yaygın olarak uygulanması henüz gerçekleştirilememiştir. Yeni enerji teknolojileri geliştikçe ve malzeme uygulama maliyetleri azaldıkça, karbon fiber kompozitler gelecekte önemli bir rol oynamaya hazırlanıyor.