加拿大不列顛哥倫比亞大學（University of British Columbia，UBC）開發(fā)的一種新工藝有可能將制造輕量化復合材料電動汽車的能力變成現實。在應用科學學院的實驗室里，UBC材料工程助理教授Yasmine Abdin博士和她的合作者Frank Ko博士、Scott Renneckar博士成功地將瀝青轉化為碳纖維。
由瀝青制成的碳纖維
由于電池重量較大，因此，電池電動汽車（battery electric vehicles，BEV）可能比汽油動力汽車重數百甚至數千磅。該項目負責人、聚合物基復合材料專家Abdin博士解釋道：“用輕質碳纖維制造汽車底盤或車身不僅有助于彌補重型電動汽車電池組的不足，而且碳纖維還能增強電池的冷卻能力，提高了乘客安全性，延長續(xù)航里程。”
然而，目前生產的碳纖維是出了名的昂貴，特別是大約一半的成本歸因于原材料——聚丙烯腈（PAN）。研究人員認為，通過改用瀝青不但可以顯著降低成本，而且還能減輕瀝青燃燒時釋放的二氧化碳對環(huán)境的影響。
UBC木材科學系教授、加拿大高級可再生材料研究主席Renneckar博士指出：“我們正在重新利用一種可能對環(huán)境造成破壞的低價值產品，生產能夠實現清潔技術的材料。”
Abdin博士和她的同事開發(fā)的新工藝是“碳纖維大挑戰(zhàn)”挑戰(zhàn)賽第二階段的成功解決方案之一，這是由加拿大Alberta Innovates公司發(fā)起的一項從油砂中回收有價值產品的挑戰(zhàn)賽。
UBC取得成功的關鍵在于開發(fā)了一種獨特的、而又與目前碳纖維的制造方式沒有本質區(qū)別的紡絲工藝，采用該工藝可以在保持纖維結構完整性的同時，紡出更細的纖維。此外，UBC團隊還開發(fā)了兩種不同尺寸的纖維——常規(guī)微米級直徑纖維和納米纖維結構，兩者都來源于瀝青。據稱，該團隊的工藝使碳纖維的生產成本低于每公斤12美元，而典型的商業(yè)價格為每公斤33美元。
Abdin博士介紹，以每公斤12美元的價格為基點，像汽車制造商這樣的大批量行業(yè)將有機會使用更多的碳纖維。目前，碳纖維等復合材料僅占汽車組件的15%左右。價格合理的碳纖維可能會使這一數字翻一番，這甚至可能會改變游戲規(guī)則。
Abdin博士和她的團隊計劃申請參加“碳纖維大挑戰(zhàn)”比賽的第三階段，該階段將涉及更大規(guī)模的纖維測試，最終實現商業(yè)規(guī)模的生產。第三輪的額外資金將有助于擴大纖維生產和復合材料產品的制造。
據悉，在“碳纖維大挑戰(zhàn)”第二階段有12支隊伍獲得了資助，而到了第三階段也就是最后階段，只有少數的五六支隊伍獲得資助。而有了400萬美元的資金，Abdin博士正在為未來做準備。
圖片電紡碳纖維氈
Abdin博士補充道：“汽車制造商并不是我們唯一以纖維的成本和性能優(yōu)勢為目標的行業(yè)。我們還在探索其在風力渦輪機、結構電池、超級電容器、管道甚至曲棍球棒等領域更廣泛應用！”
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