【文章內容簡介】 （BMW i Vision FutureInteraction）概念車（圖13）；同時推出BMWi3（94Ah）型新車，該車整車質量僅1 245kg，一次充電續(xù)航里程可達200 km， s，靈活性獨特。其中，BMW i3采用“LifeDrive”模塊化車身架構設計，由乘員座艙（Life）模塊和底盤驅動（Drive）模塊兩部分組成。乘員座艙模塊又稱生命模塊（圖14），其構成駕乘人員的乘用空間，采用CFRP制成的生命模塊，質量輕、安全性非常高，且乘用感寬敞、均稱。底盤驅動模塊又稱eDrive驅動系統(tǒng)，其結構由鋁合金制成，集成了電機（最大功率125 kW，最大扭矩250 Nm）、電池和燃油發(fā)動機等動力部件。BMW公司通過與SGL汽車用碳纖維材料（SGL Automotive CarbonFibers）公司合作，歷經(jīng)10多年研發(fā)，開始生產自己所需的碳纖維。其BMWi3型車中生命模塊的制造工藝：將碳纖維織成織物后浸潤于專用樹脂中，制成預浸料；將預浸料熱定型成剛性車身零件；采用專門開發(fā)的技術，將車身零件全自動地黏合成完整的車身部件（圖15）。所得CFRP車身具備極高的抗壓強度，能承受更快的加速度，整車的敏捷性和路感都非常好。6CFRP作為新概念貨運卡車的車體結構世界零售業(yè)巨頭沃爾瑪（Walmart）公司在28個國家的63個區(qū)域擁有11 500家門店。其在美國擁有1支由近6 000輛貨車組成的卡車車隊，它們會將產品送至遍布于美國的數(shù)千家門店。該車隊為保持持續(xù)的生存能力和效率，一直以“行駛里程更少，運輸量更多”為目標，依靠提高司機駕駛技術、采用先進牽引掛車、改進過程與系統(tǒng)籌劃等措施，實現(xiàn)2007—2015年間車隊行駛超480萬km，運送集裝箱數(shù)超8億，%。其中，牽引掛車的性能對實現(xiàn)“多拉少跑”的目標關系重大，故沃爾瑪公司投入巨資開展“沃爾瑪先進車輛體驗（The Walmart AdvancedVehicle Experience）”的新概念卡車研究計劃。已研制的新概念卡車集成了空氣動力學、微型渦輪混合動力驅動系統(tǒng)、電氣化、先進控制系統(tǒng)，以及CFRP車體等前沿技術。主要技術創(chuàng)新：先進的空氣動力學設計，整體造型優(yōu)雅，氣動性能較現(xiàn)行的Model 386型卡車提高20%；微型渦輪混合電力驅動系統(tǒng)清潔、高效、節(jié)油；司機座位設計于駕駛室中央，具有180176。的視野；電子儀表盤可提供定制化的量程和性能數(shù)據(jù)；滑動型車門和折疊型臺階提高了安全和安保性能；空間寬敞的駕駛室設有帶折疊床的可伸縮臥室。牽引掛車的整個車身采用CFRP制成， m（53英尺）長的單塊板材，其優(yōu)異的力學性能可確保車體的結構強度；采用先進黏結劑黏合，最大限度地減少了鉚釘數(shù)量；凸鼻形的造型設計可在充分保證載貨容量的前提下，有效提高氣動性能；低剖面LED燈光更節(jié)能、耐用（圖16）。目前，該計劃已完成84%的任務量，但仍有許多創(chuàng)新性技術有待繼續(xù)研發(fā)?？梢灶A見，沃爾瑪公司的新概念卡車對推進卡車技術的進步和拓展碳纖維的應用，有非常大的作用。7CFRP作為風電葉片的增強結構風能是最具成本優(yōu)勢的可再生能源，風能發(fā)電在近10年來已取得飛速發(fā)展。截至2016年5月，全球風電裝機容量已近4 270億MW（表1）。并據(jù)預測，2020年前，新增風電裝機能力將按25%的年增長率遞增；到2020年，%。為提高風力發(fā)電機的風能轉換效率，增大單機容量和減輕單位千瓦質量是關鍵。20世紀90年代初期，風電機組單機容量僅為500 kW，而如今，單機容量10 MW的海上風力發(fā)電機組都已產品化。風電葉片是風電機組中有效捕獲風能的關鍵部件，葉片長度隨風電機組單機容量的提高而不斷增長。根據(jù)頂旋理論，為獲得更大的發(fā)電能力，風力發(fā)電機需安裝更大的葉片。1990年，葉輪直徑（Rotor Diameter）為25 m；2010年，葉輪直徑已達120 m。2011年，Kaj Lindvig預測海上風機的葉輪直徑2015年將達135 m，2020年將達到160 m。但這一預測很快就被突破，美國超導公司（AmericanSuperconductor Corp.）2016年已投入市場銷售的10 MW海上風力發(fā)電機的葉輪直徑就已達190 m。但因葉片長度的問題，業(yè)界就是否需發(fā)展10 MW及以上能力的風力發(fā)電機存有爭議，但主流觀點是需要發(fā)展的。西門子風電（Siemens Wind Power）公司首席技術官認為：面積與體積的關系的科學定律將最終限制葉輪直徑的不斷增長，但目前還未達到極限，制造10 MW風力發(fā)電機在技術上是可行的；且從運營效益上看，降低每兆瓦時的運營成本，必須提高風力發(fā)電機的容量（圖17）。葉輪直徑的增加對葉片的質量及抗拉強力提出了更輕、更高的要求。CFRP是制造大型葉片的關鍵材料，其可彌補玻璃纖維復合材料（GFRP）的性能不足。但長期以來，出于成本因素，CFRP在葉片制造中只被用于樑帽、葉根、葉尖和蒙皮等關鍵部位。近年，隨著碳纖維價格穩(wěn)中有降，加之葉片長度進一步加長，CFRP的應用部位增加，用量也有較大提升。2014年，中材科技風電葉片股份有限公司成功研制出國內最長的6 MW風機葉片， m、質量28 t，其中主梁由5 t的國產CFRP制成。如采用GFRP設計，則該葉片質量將約達36 t（圖18）。8碳纖維紙作為燃料電池的電極氣體擴散材料燃料電池是指不經(jīng)過燃燒，直接將化學能轉化為電能的一種裝置。燃料電池在等溫條件下工作，其利用電化學反應，將儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能，是一種備受矚目的清潔能源技術，轉化效率非常高（除10%的能量以廢熱形式浪費外，其余的90%都轉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，60%的能量以廢熱的形式浪費，還有7%的電能浪費在傳輸和分配過程中，只有約33%的電能可以真正用到用電設備上（圖19）。各類燃料電池中，質子交換膜燃料電池（PEMFC）的功率密度大、能量轉換率高、低溫啟動性最好，且體積小、便攜性好，是理想的汽車用電源。質子交換膜燃料電池由陰極、電解質和陽極這3個主要部分組成，其工作原理：（1）陰極將液氫分子電離。液氫流入陰極時，陰極上的催化劑層將液氫分子電離成質子（氫離子）和電子。（2）氫離子通過電解質。位于中央?yún)^(qū)域的電解質允許質子通過到達陽極。（3）電子通過外部電路。由于電子不能通過電解質，只能通過外部電路，故而形成了電流。（4）陽極將液氧電離。液氧通過陽極時，陽極上的催化劑層將液氧分子電離成氧離子和電子，并與氫離子結合生成純水和熱；陽極接受電離所產生的電子（圖20）。可將多個質子交換膜燃料電池連接起來組成燃料電池組，可提高電能的輸出量。美國聯(lián)合技術（United Technologies）公司是全球軍民用燃料電池產品技術的領先企業(yè)。聯(lián)合技術動力（UTC Power）公司原是United Technologies公司的一個業(yè)務部門，其產品廣泛用于航天器、潛艇、建筑、公交巴士和家用汽車等領域。20世紀90年代早期，UTC Power公司便已制造出大型固定式燃料電池電站，并投入商業(yè)化運行。此后10多年，UT