手机汽车电池隔热新突破：1300℃耐温气凝胶片

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有一片隔热片，其大小仅跟 A4 纸一样，厚度如同硬币，轻得好像没有东西，然而在关键时候，它却能够变为守护生命的那种起保卫作用的“安全卫士”。这样的隔热片就是全球首款可以耐受 1300℃高温的新能源锂离子电池所使用的具有高的热阻的气凝胶隔热片。

电池一旦出现热失控的情况，单个电芯的温度能够在五六秒的时间内急剧地攀升，甚至会引发爆炸，所以迅速地阻断高温朝着相邻电芯进行传递这件事是至关重要的。沈晓冬用双手把一片隔热片给包裹起来，向科技日报的记者进行演示时说道：“要是把双手看成两片相邻的电芯，那么气凝胶隔热片就是电芯之间的‘防火墙’。”。

沈晓冬在历经20多年的岁月里，引领团队借助调控气凝胶网络结构，进而提升干燥技术，与此同时完善加工工艺，把气凝胶隔热片的耐温性从最开始的650℃，提高至当前的1300℃，并且热隔绝时间延长到2小时。他对着电脑屏幕上的一张电子显微照片作出解释：“空气在这张网里被困住使得‘手脚’没法移动，因而气凝胶的热导率比空气还要低，这致使它成为材料界的‘隔热之王’。”。

“天赋”是与生俱来的，凭借此气凝胶在锂离子电池里寻得了其应有的“位置”。“电池内部空间十分紧凑，致使所需的隔热材料要具备两种特性。一种是足够轻薄，另一种是隔热且耐温，气凝胶因而有了施展的可能。”沈晓冬表明，数年之前，国内处于领先发展地位的新能源汽车制造企业探寻将气凝胶运用至电芯间隔热方面。然而同时期隔热片仅能够承受300℃的温度，可是电芯燃烧过程中或者爆炸瞬间的温度通常处于650℃甚至更高，达到1000℃以上。“那时厂商甚至一度打算舍弃气凝胶这条技术途径。”。沈晓冬，此前已把气凝胶用于热力管道保温、航天等领域，其向厂商自我推荐，要给气凝胶争得一个能证明自身的机会。

想让气凝胶耐受超过1000℃的高温，就得使得纳米孔骨架愈加结实，纳米颗粒间的结合得以更紧密。团队的核心成员且是南京工业大学教授的崔升，与同事最早向着原材料里面加入氧化物，试着让气凝胶变得更结实且不坍塌，然而却察觉到隔热性能降低了。另一位核心成员孔勇，查遍了文献都没有结果，抱着尝试看看的心里向原材料里添加催化剂，但是气凝胶经过干燥以后体积大幅度缩小，隔热性能比原来还要差。试了多次才发现，在偏酸性的环境里颗粒间的结合力不强，故而气凝胶结构不坚实。他把催化剂调成碱性值更大时，骨架稳固了，成型以后的气凝胶也能维持稳定结构。“纳米颗粒之间好似用胶水粘着那般，既确保了气凝胶的隔热性，又提升了耐温性。”孔勇讲，最终团队研发出的2.3毫米厚的气凝胶隔热片，能够在一面承受1000℃的高温5分钟之后，另一面温度不超过100℃。

制备气凝胶，材料乃是基础所在，过程则是关键要点。早期之时，超临界干燥技术仅仅能够满足实验室的需求而已。团队把含有大量酒精以及水的湿凝胶溶液浸渍到陶瓷纤维当中，随后放进干燥釜里。原本预计仅仅需要2至4小时就能够干燥完成，然而十几个小时过后依旧是湿漉漉的状态，生产效率极其低下。团队核心成员滕凯明带领着开启了系统性的攻关行动：降低湿凝胶的含水量，把酒精的纯度提升到95%以上；设计出多种柔性透气隔网，对二氧化碳流场分布加以优化；逐步探寻清楚泄压快慢与纳米孔保持率之间的最佳平衡点。他们另外研发了一种提纯的工艺，达成了乙醇回收率超过百分之九十九点五的成果，仅仅在于原料成本这一方面，就下降了超过一半以上。

新能源电池于充放电之际，会持续地开展膨胀以及收缩的动作，从而针对气凝胶构成反复性的挤压行为。怎样才能够促使气凝胶达成柔软且可以被开展压缩的状态，并且在被压缩之后依旧能够维持回弹以及支撑性的表现，与此同时还不会对纳米孔造成破坏，进而构建成一个“无法达成的三角困境”。孔勇提出了依照硅橡胶的分子构型样式，把气凝胶从刚性的结构转变成为弹性的结构。他引领团队借助选择性地“去除”纳米孔网格的部分连接节点，使得整张网显现出相对松散以及更加具有弹性的状态。多了的话，整个网络就会散掉；少了的话，又不够有弹性。在一次次进行调试之后，气凝胶的弹性压缩超过了90%，然而其结构以及性能却依旧没有遭到破坏。

经历了多年时间的技术迭代，沈晓冬团队已然研制出了碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化硼等好些耐高温气凝胶隔热材料。“十五五”规划纲要表明要加快新能源、新材料等战略性新兴产业的发展，这使得沈晓冬对未来满怀期待：“我们会强化基础研究以及产业化进程，促使气凝胶隔热材料从新能源电池的‘高端选配’转变为‘主流必配’，与此同时探索开拓其在消防、商业航天、太空算力等领域的应用，推动构建中国的气凝胶纳米材料产业体系。”。

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