無論是在儲氫罐、電池、燃料電池還是用于屏蔽敏感電子元件——碳纖維被廣泛應用于各類尖端技術領域。在波茨坦科學園，弗勞恩霍夫應用聚合物研究所（IAP）正與科特布斯-森夫滕貝格勃蘭登堡工業大學合作，開發基于纖維素的新型碳纖維。這些纖維兼具結構多樣性、優異的電氣性能、熱學性能和機械性能，同時保持可持續性優勢。該項目隸屬于勞西茨碳纖維實驗室工廠計劃，由德國聯邦經濟和能源部資助，并得到勞西茨經濟區有限公司的大力支持。

傳統碳纖維（如輕量化結構中使用的類型）通常以石油基聚合物聚丙烯腈（PAN）為原料制備。其生產工藝復雜，能耗高、資源消耗大，且會產生大量有毒副產品。另一種石油基碳纖維——瀝青基碳纖維雖具備優異的導電和導熱性能，但對技術要求極高，生產成本昂貴。

弗勞恩霍夫IAP正通過新一代高性能生物基可持續碳纖維應對這些挑戰。該材料兼具結構可調性和性能可定制特點，同時具備顯著的環境與經濟優勢。其應用領域遠超航空航天、國防、風能或醫療等輕量化結構領域：作為電池和燃料電池組件，它們可用作兼具導電導熱性與化學穩定性的功能織物；同時也堪稱屏蔽敏感電子元件的理想材料。

弗勞恩霍夫應用聚合物研究所的創新方案以纖維素這一可再生原料作為前驅體（碳纖維的起始材料）。前驅體纖維可通過粘膠法、萊賽爾法等成熟工業紡絲技術，或其他替代成型方法紡制成連續長絲。木質素等添加劑（與纖維素一樣源自木材）可直接摻入紡絲溶液，顯著提高后續轉化為碳纖維過程中的碳產率。

纖維素的核心優勢在于：通過選擇特定的紡絲工藝和參數，可精確控制前驅體纖維的結構，進而調控最終碳纖維的性能。這使得纖維能呈現不同的取向度、結晶度以及橫截面形態（如圓形、橢圓形或分葉形）。其中分葉形橫截面具有極高的比表面積，因此適用于redox 液流電池的滲透性電極或燃料電池的氣體擴散層等導電多孔結構。

連續紡制的纖維素纖維隨后會經過含功能性添加劑或催化劑的水浴處理。這一步驟為纖維后續熱轉化為碳纖維激活了材料特性。在此過程中，纖維素纖維展現出獨特優勢：它像海綿一樣能高效吸收浴中的添加劑。弗勞恩霍夫應用聚合物研究所研發的催化劑與添加劑體系，將碳化溫度降低了 1000°C 以上，不僅加速了工藝進程，還將碳產率從 15% 提升至 45%（重量占比）。

通過對碳化過程中的溫度、停留時間、機械拉伸等工藝參數進行針對性優化，可獲得直徑遠低于 4 微米的纖維。這一點對燃料電池應用尤為重要。相比之下，商用纖維的直徑通常約為 7 微米。