7 CFRP作為風電葉片的增強結構

風能是具成本優勢的可再生能源，風能發電在近10年來已取得飛速發展。截至2016年5月，全球風電裝機容量已近4 270億MW。并據預測，2020年前，新增風電裝機能力將按25%的年增長率遞增；到2020年，風力發電量將占世界總發電量的11.81%。

為提高風力發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。根據頂旋理論，為獲得更大的發電能力，風力發電機需安裝更大的葉片。但因葉片長度的問題，業界就是否需發展10 MW及以上能力的風力發電機存有爭議，但主流觀點是需要發展的。

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。

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）且環境友好；而相較之下，使用煤、天然氣和石油等化石燃料發電時，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。

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、低溫啟動性較好，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。位于中央區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。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。

碳纖維紙作為一種高性能復合材料，是制造燃料電池質子交換膜電極中氣體擴散層必不可少的多孔擴散材料。氣體擴散層（GDL）構成氣體從流動槽擴散到催化劑層的通道，是燃料電池的心臟，是膜電極組（MEA）中非常重要的支撐材料，其主要功能是作為連接膜電極組和石墨板的橋梁。氣體擴散層可幫助催化劑層外部生成的副產品——水盡快流走，避免積水造成溢流；還可幫助在膜的表面保持一定水份，確保膜的導電率；燃料電池運行過程中，幫助維持熱傳導；此外，提供足夠的力學強度，在吸水擴展時保持膜電極組的結構穩定性。

在質子交換膜燃料電池和直接燃料電池中，同時使用碳纖維紙和碳纖維布作為氣體擴散層的綜合效果更好。每輛燃料電池電動汽車約需消耗碳纖維紙100 m2（即8 kg）。

（后續請見碳纖維的十六個主要應用領域及近期技術進展(五)）

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