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日本の東レは5月19日、炭素繊維複合材の熱伝導率を金属材料と同等レベルまで向上させる高性能熱伝達技術を開発したと発表した。この技術は、材料内部で発生した熱を内部経路を通じて効率的に外部に伝達することで、移動体輸送分野におけるバッテリーの劣化を遅らせることに貢献する。

軽量で高強度であることで知られる炭素繊維は、現在、航空宇宙、自動車、建築部品、スポーツ用品、電子機器の製造に利用されています。合金材料と比較すると、熱伝導性は常に欠点であり、科学者が長年にわたり改善に取り組んできた分野です。特に、相互接続、シェアリング、自動化、電動化を謳う新エネルギー車の開発が急ピッチで進む中、炭素繊維複合材料は、関連部品、特にバッテリーパック部品の省エネ・軽量化に欠かせない力となっています。そのため、その欠点を補い、CFRPの熱伝導性を効果的に向上させることは、ますます喫緊の課題となっています。

これまで、科学者たちはグラファイトの層を追加することで熱伝導を試みてきました。しかし、グラファイト層は割れやすく、破損しやすいため、炭素繊維複合材料の性能を低下させてしまいます。

この問題を解決するため、東レは高硬度の多孔質CFRPと短繊維炭素繊維を三次元的にネットワーク化しました。具体的には、多孔質CFRPでグラファイト層を支持・保護することで熱伝導構造を形成し、その表面にCFRPプリプレグを積層することで、従来のCFRPでは実現が困難であった、一部の金属材料よりも高い熱伝導率を、機械的特性に影響を与えることなく実現しました。

熱伝導の経路となるグラファイト層の厚さや位置を自由に設計でき、部品のきめ細かな熱マネジメントを実現します。

東レは、この独自技術により、CFRPの軽量・高強度という利点を維持しながら、バッテリーパックや電子回路からの熱を効率的に伝導することが可能となりました。この技術は、移動体交通、モバイルエレクトロニクス、ウェアラブルデバイスなどの分野への応用が期待されています。