Abstrak:

Artikel ini menyelidiki status quo dan perkembangan penelitian bahan yang diperkuat serat karbon dalam penyimpanan hidrogen dan selubung baterai EV dalam bidang kendaraan energi baru. Laporan ini menilai klasifikasi dan tren tabung gas bertekanan tinggi dan penutup baterai, menggali pro dan kontra bahan serat karbon dalam penggunaannya saat ini, dan memperkirakan penerapan dan prospek bahan-bahan canggih ini dalam lanskap kendaraan energi baru di masa depan.

Peralihan ke material ringan untuk mengurangi bobot keseluruhan telah menjadi strategi utama dalam memajukan bobot kendaraan energi baru. Kemajuan dalam ilmu material telah mengarah pada penerapan berbagai komposit serat ringan, termasuk material yang diperkuat kaca dan serat karbon, dalam industri otomotif energi baru.

Komposit serat karbon, yang terkenal dengan kepadatannya yang rendah, kekuatan tinggi, ketahanan terhadap korosi, dan ketahanan lelah, merupakan salah satu komposit serat berkinerja tinggi yang paling banyak diterapkan di sektor otomotif. Penerapannya mencakup beberapa sistem kendaraan, termasuk bodywork, mesin, transmisi, dan sasis, sehingga meningkatkan kinerja dan keselamatan kendaraan.

01 Ikhtisar Serat Karbon

Serat karbon biasanya tidak digunakan secara langsung tetapi sebagai penguat, dikombinasikan dengan matriks resin, logam, atau keramik untuk membentuk komposit serat karbon. Serat-serat ini menawarkan keuntungan yang signifikan: (1) kepadatan rendah dan kekuatan tinggi, dengan kepadatan hanya 1,5~2,0 g/cm³, setengah dari paduan aluminium ringan, dan 4~5kali kekuatan baja dan 6~7 kali lipat kekuatan aluminium; (2) ketahanan terhadap suhu tinggi dan rendah, menjaga integritas di atmosfer non-oksidasi hingga 3000°C dan tidak menjadi rapuh pada suhu amonia cair; (3) konduktivitas listrik yang sangat baik, dengan resistivitas 775 Ω·cm untuk serat karbon modulus tinggi dan 1500 Ω·cm untuk serat berkekuatan tinggi pada 25°C; (4) ketahanan korosi asam, tahan terhadap asam klorida pekat, asam fosfat, asam sulfat, dll.

Serat karbon dapat dikategorikan berdasarkan jenis prekursor, sifat mekanik, dan ukuran bundel filamen. Dalam praktiknya, klasifikasi sering kali bergantung pada kekuatan tarik dan modulus, dengan tipe kekuatan tinggi memiliki kekuatan 2000 MPa dan modulus 250 GPa, tipe modulus tinggi melebihi 300 GPa dalam modulus, tipe kekuatan sangat tinggi memiliki kekuatan melebihi 4000 MPa, dan jenis modulus ultra-tinggi melebihi 450 GPa dalam modulus.

02 Status Penerapan Komposit Serat Karbon di Bidang Otomotif

Dorongan terhadap energi ramah lingkungan dan langkah-langkah penghematan energi terus meningkatkan standar bobot otomotif yang lebih ringan. Menurut Asosiasi Aluminium Eropa, pengurangan bobot kendaraan sebesar 10% dapat menghasilkan peningkatan efisiensi penggunaan energi sebesar 6%~8% dan pengurangan emisi polutan sebesar 10% per seratus kilometer. Untuk kendaraan energi baru, mengurangi bobot sebanyak 100kg dapat meningkatkan jangkauannya sekitar 6%~11%.

Komposit serat karbon, yang dikenal karena bobotnya yang ringan dan kekuatannya yang tinggi, telah banyak diterapkan pada kendaraan, meningkatkan kinerja dan keselamatannya di berbagai sistem, termasuk bodywork, mesin, transmisi, dan sasis.

03

Penerapan Komposit Serat Karbon dalam Penyimpanan Hidrogen

Dengan kekuatan tinggi, ketahanan terhadap korosi, ketahanan lelah, penghambatan api, dan stabilitas dimensi, komposit serat karbon telah menjadi pengganti ideal untuk penyimpanan hidrogen pada kendaraan energi baru dan penutup baterai bertenaga ringan.

3.1 Skenario Aplikasi Silinder Hidrogen Tekanan Tinggi

Penggunaan tabung gas bertekanan tinggi untuk penyimpanan dan pelepasan hidrogen merupakan metode yang banyak digunakan. Tergantung pada bahannya, silinder ini dikategorikan menjadi empat jenis: seluruhnya terbuat dari baja, lapisan baja dengan pembungkus serat, lapisan logam dengan pembungkus serat, dan lapisan plastik dengan pembungkus serat. Struktur dan bahan yang bervariasi ini menimbulkan biaya, tingkat kematangan, dan skenario penerapan yang berbeda.

Saat ini, material yang diperkuat serat karbon adalah pilihan material utama untuk pembuatan silinder penyimpanan hidrogen bertekanan tinggi pada kendaraan, meskipun menghadapi tantangan dalam teknologi dan biaya.

04

Penerapan Komposit Serat Karbon pada Penutup Baterai

Stabilitas dan keamanan baterai tenaga energi baru selalu menjadi titik fokus dalam industri. Penutup baterai, yang penting untuk melindungi modul baterai dari benturan eksternal, harus memenuhi persyaratan ketahanan terhadap korosi, isolasi, dan ketahanan suhu. Penutup baterai tradisional biasanya terbuat dari baja atau paduan aluminium. Namun, dengan kemajuan teknologi, material ringan seperti komposit serat karbon mulai digunakan, sehingga menawarkan kemungkinan baru untuk pengembangan kendaraan energi baru.

05

Kesimpulan

Tabung gas bertekanan tinggi dengan lapisan logam dan plastik yang dibungkus serat adalah teknologi manufaktur utama saat ini. Serat karbon, dengan sifatnya yang luar biasa, menunjukkan potensi besar dalam produksi tabung gas bertekanan tinggi dan penutup baterai. Namun, karena keterbatasan biaya, penerapan material canggih ini secara luas pada wadah baterai belum terealisasi. Seiring berkembangnya teknologi energi baru dan penurunan biaya penerapan material, komposit serat karbon siap memainkan peran penting di masa depan.