抽象的な：

この記事では、新エネルギー車の分野における水素貯蔵およびEVバッテリーケーシングにおける炭素繊維強化材料の現状と研究開発について調査します。高圧ガスシリンダーとバッテリーエンクロージャの分類と傾向を評価し、現在の用途における炭素繊維材料の長所と短所を掘り下げ、新エネルギー車の将来の展望におけるこれらの先進材料の応用と展望を予測します。

全体の重量を軽減するための軽量材料への移行は、新エネルギー車の軽量化を進める上で重要な戦略となっています。材料科学の進歩により、新エネルギー自動車産業では、ガラス繊維や炭素繊維強化材料を含むさまざまな軽量繊維複合材料が採用されるようになりました。

炭素繊維複合材は、低密度、高強度、耐食性、疲労耐久性で知られ、自動車分野で最も広く使用されている高性能繊維複合材の 1 つです。これらのアプリケーションは、車体、エンジン、トランスミッション、シャーシなどの複数の車両システムにまたがり、車両の性能と安全性を向上させます。

01 カーボンファイバーの概要

炭素繊維は通常、直接使用されるのではなく、樹脂、金属、またはセラミックのマトリックスと組み合わせて炭素繊維複合材料を形成する補強材として使用されます。これらの繊維には大きな利点があります: (1) 密度がわずか 1.5 ～で、低密度かつ高強度です。2.0g/cm3と軽アルミニウム合金の半分、4~5強度は鉄の2倍、アルミニウムの6～7倍。（２）高温および低温に対する耐性があり、３０００℃までの非酸化性雰囲気中で完全性を維持し、液体アンモニア温度でも脆くなりません。（３）２５℃での比抵抗が高弾性炭素繊維で７７５Ω・ｃｍ、高強度繊維で１５００Ω・ｃｍであり、優れた導電性を有する。(4) 耐酸腐食性、濃塩酸、リン酸、硫酸などに耐えます。

炭素繊維は、前駆体の種類、機械的特性、フィラメント束のサイズに基づいて分類できます。実際には引張強度と弾性率で分類されることが多く、強度2000MPa、弾性率250GPaを高強度タイプ、弾性率300GPaを超える高弾性タイプ、強度4000MPaを超える超高強度タイプ、弾性率450GPaを超える超高弾性タイプ。

02 自動車分野における炭素繊維複合材の応用状況

グリーン エネルギーと省エネ対策の推進により、自動車の軽量化の基準は継続的に引き上げられています。欧州アルミニウム協会によると、車両重量を 10% 削減すると、エネルギー使用効率が 6% ～ 8% 向上し、100 キロメートルあたりの汚染物質排出量が 10% 削減される可能性があります。新エネルギー車の場合、重量を100kg減らすと、それに応じて航続距離が約6～11％伸びる可能性がある。

軽量かつ高強度で知られる炭素繊維複合材料は、車両に幅広く応用されており、車体、エンジン、トランスミッション、シャーシなどのさまざまなシステムの性能と安全性を強化しています。

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水素貯蔵における炭素繊維複合材料の応用

炭素繊維複合材は、高い強度、耐食性、耐疲労性、難燃性、寸法安定性を備えているため、新エネルギー車や軽量パワーバッテリーエンクロージャーの水素貯蔵の理想的な代替品となっています。

3.1 高圧水素ボンベの応用シナリオ

水素の貯蔵と放出には高圧ガスシリンダーを使用することが広く採用されています。これらのシリンダーは材質により、オールスチール製、スチールライナーに繊維を巻いたもの、金属ライナーに繊維を巻いたもの、プラスチックライナーに繊維を巻いたものの4種類に分類されます。これらのさまざまな構造と材料により、コスト、成熟度、アプリケーション シナリオも異なります。

現在、自動車用高圧水素貯蔵シリンダーの製造には、技術とコストの面で課題に直面しているものの、炭素繊維強化材料が主流となっています。

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バッテリーエンクロージャにおける炭素繊維複合材料の応用

新エネルギー電池の安定性と安全性は常に業界の焦点となっています。バッテリーモジュールを外部の衝撃から保護するために不可欠なバッテリーエンクロージャは、耐食性、絶縁性、耐熱性の要件を満たさなければなりません。従来のバッテリーエンクロージャーは通常、スチールまたはアルミニウム合金で作られています。しかし、技術の進歩に伴い、炭素繊維複合材料のような軽量材料が採用され始めており、新エネルギー車開発に新たな可能性をもたらしています。

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結論

現在の製造技術では、金属やプラスチックのライナーを繊維で巻いた高圧ガスシリンダーが主流となっています。炭素繊維は、その優れた特性により、高圧ガスシリンダーやバッテリーエンクロージャーの製造において大きな可能性を示します。しかし、コストの制約により、これらの先端材料をバッテリーエンクロージャに広く使用することはまだ実現していません。新しいエネルギー技術が進化し、材料用途のコストが低下するにつれて、炭素繊維複合材は将来的に重要な役割を果たす態勢が整っています。