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金虫 (小有名气)

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[交流] 中科院山西煤化所吴刚平研究员丨“双碳”目标下碳纤维复合材料的研发

碳纤维复合材料在“双碳”战略中的作用
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中国碳排放的领域特点是：能源领域占70%，而工业领域占30%。如何在新能源领域发挥碳纤维复合材料高比强度、高比模量、低密度、高导电性、耐腐蚀等优异特性，是面对未来“碳达峰、碳中和”目标下的新的历史机遇和挑战。

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低成本碳纤维复合材料的高速制造
目前，限制碳纤维在制造业中大规模应用的主要问题是成本。轻量化的低成本碳纤维复合材料在能源领域具有广阔的市场空间，同时，低成本碳纤维复合材料技术也可以针对我国在其他资源、环境、制造、交通等国民经济支柱产业对高性能结构材料的迫切需求。相应技术可以通过适当的移植来满足汽车工业、航空航天、高速轨道交通、大型风力发电装备等所需的碳纤维复合材料，不仅为我国重大工程建设和重大装备制造提供技术保障，而且将为我国从材料大国转变为材料强国奠定坚实的基础。

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燃料电池用碳纸
随着燃料电池汽车销量的增长，作为电堆膜电极关键材料的碳纸也迎来了新的发展机遇，日本东丽、德国西格里等知名外企已加快在碳纸市场的布局。
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图片来源：中科院山西煤化所

然而，由于这种材料具有极高的技术壁垒，国内企业受制于市场需求量低、技术不够成熟等多方面原因，能够量产的企业寥寥无几，并且尚在送样阶段，距离商业化应用还有一段距离。

“目前市场上还没有看到能真正装堆使用的国产气体扩散层产品。”国内一家膜电极企业技术总监讲，尽管有少数企业已经在送样测试了，但是国内的膜电极和电堆企业还是更青睐进口的碳纸。

他还进一步解释，在市场整体需求量不大的情况下，选择进口的产品虽然价格会更高，但是品质和耐久性上更有保障，一般企业不会冒风险用国产的材料装堆上车。
显然，碳纸的国产化突围将是一个艰难的过程。
为了更好地了解低成本碳纤维复合材料的高速制造以及燃料电池用碳纸发展情况，2021年11月18-20日在上海举行的“Carbontech第六届碳纤维复合材料论坛” 特邀中科院山西煤炭化学研究所吴刚平研究员莅临本次大会，分享《“双碳”目标下碳纤维复合材料的研发》主题报告。
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本文主要介绍中科院山西煤炭化学研究所碳纤维表面工程课题组低成本碳纤维复合材料的高速制造以及燃料电池用碳纸方面的研究探索和阶段性进展。

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专家介绍
吴刚平，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员、博士生导师、课题组长。自2001年以来一直从事高性能聚丙烯腈基碳纤维、燃料电池用碳纸、复合材料等的相关应用基础和工程化研究，发表论文40余篇，获得2009年中国科学院杰出科技成就奖和2012年山西省国防科技工业科技创新特等奖、2012年山西省科技进步一等奖。

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