Spinning sustainable carbon fibres for the energy transition

纺制可持续碳纤维以实现能源转型

基本信息

  • 批准号:
    2888898
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Carbon fibres are widely applied, including to reduce weight, improve fuel efficiency, and extend vehicle range. Whilst contributing to sustainability in use, they are usually made from petrochemicals. This project develops a new approach to spinning sustainably-sourced carbon fibres from lignin (derived from wood). Two patent applications from Imperial (GB applications 2208061.8 and 2208067.5) underpin the incorporation of exceptionally high proportions (>90%) of industrial lignin, and conversion to higher performance fibres with high yield. Demonstrated at single fibre scale, the project will develop the spinning process to create more uniform, more aligned fibres, with improved properties.The key will be to monitor the complex behaviour of the nanotube/lignin hybrids, in situ, during spinning, through carbonisation, and subsequent graphitisation. Intimate interactions between lignin and nanotubes enable spinning by modifying rheology, increase yield during carbonisation, template improved graphiticity at lower temperatures, and provide direct reinforcement. These effects will be evidenced and understood by detailed characterisation studies and optimised by specially grafting lignins with different chemistries. Shaffer/Launois/Paineau have recently shown that Ge-doped imogolite nanotubes provide an excellent model system for carbon nanotubes, offering similar phenomenology but much better opportunities for in situ characterisation during spinning, exploiting their monodispersity, scattering strength, and optical birefringence (doi.org/10.1021/acsami.1c00971). The project offers the opportunity to develop a new class of carbon fibres that could be developed together with commercial partners. The DoE has set targets for a low-cost, sustainable alternative to petroleum derived carbon fibre at 1.7 GPa strength, 170 GPa stiffness and <£10/kg cost.(doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116918) The proposed technology has the potential to reach these targets by providing a robust system using low-cost renewable lignin feedstocks (£0.3-0.5/kg), as well as low cost and inherently recyclable ionic liquid (£1/kg). There is enormous current interest in bioderived carbon fibres, including from potential commercial partners, once these key performance metrics are met.
碳纤维应用广泛,包括减轻重量、提高燃油效率和延长车辆续航里程,同时有助于可持续使用,该项目开发了一种用木质素纺丝可持续来源的碳纤维的新方法。 Imperial 的两项专利申请(GB 申请 2208061.8 和 2208067.5)支持了极高比例(>90%)的工业原料的加入。该项目将在单纤维规模上展示木质素,并转化为更高性能的纤维,以制造更均匀、更排列的纤维,并具有改进的性能。关键是监测纳米管的复杂行为。 /木质素杂化物,在纺丝过程中,通过碳化和随后的石墨化,木质素和纳米管之间的密切相互作用可以通过改变流变性来实现纺丝,提高碳化过程中的产量,模板在较低温度下改善石墨性,这些效应将通过详细的表征研究得到证明和理解,并通过特殊接枝不同化学成分的木质素进行优化,Shaffer/Launois/Paineau 最近表明,Ge 掺杂的伊毛缟石纳米管为碳纳米管提供了出色的模型系统。类似的现象,但在纺丝过程中利用其单分散性、散射强度和光学双折射进行原位表征有更好的机会(doi.org/10.1021/acsami.1c00971)。该项目提供了开发新型碳纤维的机会,可以与商业合作伙伴一起开发一种低成本、可持续的石油衍生碳纤维替代品。碳纤维强度为 1.7 GPa,刚度为 170 GPa,且 < 10 英镑/千克成本。(doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116918)所提出的技术有可能通过使用低成本可再生木质素原料(0.3-0.5/kg)以及低能耗提供强大的系统来实现这些目标。一旦这些关键性能指标得到满足,目前人们对生物源碳纤维(包括潜在的商业合作伙伴)产生了巨大的兴趣。遇见了。

项目成果

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