7 CFRP作為風(fēng)電葉片的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)能是具成本優(yōu)勢(shì)的可再生能源，風(fēng)能發(fā)電在近10年來(lái)已取得飛速發(fā)展。截至2016年5月，全球風(fēng)電裝機(jī)容量已近4 270億MW。并據(jù)預(yù)測(cè)，2020年前，新增風(fēng)電裝機(jī)能力將按25%的年增長(zhǎng)率遞增；到2020年，風(fēng)力發(fā)電量將占世界總發(fā)電量的11.81%。

為提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率，增大單機(jī)容量和減輕單位千瓦質(zhì)量是關(guān)鍵。20世紀(jì)90年代初期，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量?jī)H為500 kW，而如今，單機(jī)容量10 MW的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都已產(chǎn)品化。風(fēng)電葉片是風(fēng)電機(jī)組中有效捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部件，葉片長(zhǎng)度隨風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的提高而不斷增長(zhǎng)。根據(jù)頂旋理論，為獲得更大的發(fā)電能力，風(fēng)力發(fā)電機(jī)需安裝更大的葉片。但因葉片長(zhǎng)度的問題，業(yè)界就是否需發(fā)展10 MW及以上能力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)存有爭(zhēng)議，但主流觀點(diǎn)是需要發(fā)展的。

葉輪直徑的增加對(duì)葉片的質(zhì)量及抗拉強(qiáng)力提出了更輕、更高的要求。CFRP是制造大型葉片的關(guān)鍵材料，其可彌補(bǔ)玻璃纖維復(fù)合材料（GFRP）的性能不足。但長(zhǎng)期以來(lái)，出于成本因素，CFRP在葉片制造中只被用于樑帽、葉根、葉尖和蒙皮等關(guān)鍵部位。近年，隨著碳纖維價(jià)格穩(wěn)中有降，加之葉片長(zhǎng)度進(jìn)一步加長(zhǎng)，CFRP的應(yīng)用部位增加，用量也有較大提升。

8 碳纖維紙作為燃料電池的電極氣體擴(kuò)散材料

燃料電池是指不經(jīng)過(guò)燃燒，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。燃料電池在等溫條件下工作，其利用電化學(xué)反應(yīng)，將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是一種備受矚目的清潔能源技術(shù)，轉(zhuǎn)化效率非常高（除10%的能量以廢熱形式浪費(fèi)外，其余的90%都轉(zhuǎn)化成了可利用的熱能和電能）且環(huán)境友好；而相較之下，使用煤、天然氣和石油等化石燃料發(fā)電時(shí)，60%的能量以廢熱的形式浪費(fèi)，還有7%的電能浪費(fèi)在傳輸和分配過(guò)程中，只有約33%的電能可以真正用到用電設(shè)備上。

各類燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的功率密度大、能量轉(zhuǎn)換率高、低溫啟動(dòng)性較好，且體積小、便攜性好，是理想的汽車用電源。質(zhì)子交換膜燃料電池由陰極、電解質(zhì)和陽(yáng)極這3個(gè)主要部分組成，其工作原理：

（1）陰極將液氫分子電離。液氫流入陰極時(shí)，陰極上的催化劑層將液氫分子電離成質(zhì)子（氫離子）和電子。

（2）氫離子通過(guò)電解質(zhì)。位于中央?yún)^(qū)域的電解質(zhì)允許質(zhì)子通過(guò)到達(dá)陽(yáng)極。

（3）電子通過(guò)外部電路。由于電子不能通過(guò)電解質(zhì)，只能通過(guò)外部電路，故而形成了電流。

（4）陽(yáng)極將液氧電離。液氧通過(guò)陽(yáng)極時(shí)，陽(yáng)極上的催化劑層將液氧分子電離成氧離子和電子，并與氫離子結(jié)合生成純水和熱；陽(yáng)極接受電離所產(chǎn)生的電子?？蓪⒍鄠€(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池連接起來(lái)組成燃料電池組，可提高電能的輸出量。

碳纖維紙作為一種高性能復(fù)合材料，是制造燃料電池質(zhì)子交換膜電極中氣體擴(kuò)散層必不可少的多孔擴(kuò)散材料。氣體擴(kuò)散層（GDL）構(gòu)成氣體從流動(dòng)槽擴(kuò)散到催化劑層的通道，是燃料電池的心臟，是膜電極組（MEA）中非常重要的支撐材料，其主要功能是作為連接膜電極組和石墨板的橋梁。氣體擴(kuò)散層可幫助催化劑層外部生成的副產(chǎn)品——水盡快流走，避免積水造成溢流；還可幫助在膜的表面保持一定水份，確保膜的導(dǎo)電率；燃料電池運(yùn)行過(guò)程中，幫助維持熱傳導(dǎo)；此外，提供足夠的力學(xué)強(qiáng)度，在吸水?dāng)U展時(shí)保持膜電極組的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

在質(zhì)子交換膜燃料電池和直接燃料電池中，同時(shí)使用碳纖維紙和碳纖維布作為氣體擴(kuò)散層的綜合效果更好。每輛燃料電池電動(dòng)汽車約需消耗碳纖維紙100 m2（即8 kg）。

（后續(xù)請(qǐng)見碳纖維的十六個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域及近期技術(shù)進(jìn)展(五)）

江蘇優(yōu)培德復(fù)合材料有限公司致力于碳纖維等復(fù)合材料汽車及工業(yè)領(lǐng)域的高性能零件開發(fā)、試制、及生產(chǎn)，配備有復(fù)合材料不同生產(chǎn)工藝如模壓、RTM、真空導(dǎo)入、纏繞等，根據(jù)不同的產(chǎn)品需求及量綱要求提供整體解決方案。

公司團(tuán)隊(duì)在不同專業(yè)領(lǐng)域如公司管理、市場(chǎng)營(yíng)銷、項(xiàng)目管理、產(chǎn)品及工藝設(shè)計(jì)開發(fā)、質(zhì)量管理等均擁有15年以上的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，并且具備從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、模擬分析、模具設(shè)計(jì)、樣品制造、試驗(yàn)驗(yàn)證、一直到批量生產(chǎn)的能力，使得公司有能力專業(yè)從事碳纖維應(yīng)用，及性能要求更高的工業(yè)設(shè)備碳纖維應(yīng)用。

公司與所從事的專業(yè)領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)外的模具及原材料供應(yīng)商建立緊密合作關(guān)系，使我們的產(chǎn)品在選材、品質(zhì)、工藝及成本上均能提供客戶更優(yōu)的方案。通過(guò)公司的專業(yè)管理機(jī)理念成為客戶在中國(guó)及全球工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域輕量化零部件開發(fā)及生產(chǎn)的伙伴。