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据科技日报，在 4 月初举行的第十四届储能国际峰会暨展览会上，南京工业大学教授沈晓冬团队展示的一款新质料，引发众人关注 。这即是全球首款可耐受 1300 ℃高温的新能源锂离子电池用高热阻气凝胶隔热片 。" 十五五 " 妄想纲要提出，加速新能源、新质料等战略性新兴工业生长，这让沈晓冬对未来充满期待：" 我们将增强基础研究和工业化历程，推动气凝胶隔热质料重新能源电池的‘高端选配’变为‘主流必配’，同时探索开拓其在消防、商业航天、太空算力等领域的应用，推动建设中国的气凝胶纳米质料工业系统 。"给锂离子电池披上 " 隔热铠甲 "——耐高温二氧化硅气凝胶隔热质料攻关纪实一片只有 A4 纸巨细、硬币厚度，轻若无物的隔热片，在要害时刻却能成为守护生命的 " 清静卫士 " 。在 4 月初举行的第十四届储能国际峰会暨展览会上，南京工业大学教授沈晓冬团队展示的一款新质料，引发众人关注 。这即是全球首款可耐受 1300 ℃高温的新能源锂离子电池用高热阻气凝胶隔热片 。" 锂离子电池可谓新能源汽车和储能系统的‘心脏’ 。电池一旦热失控，单个电芯温度可在五六秒内急剧攀升甚至引发爆炸，以是迅速阻断高温向相邻电芯转达至关主要 。" 沈晓冬双手包裹住一片隔热片，向科技日报记者演示，若是把双手看作两片相邻的电芯，那么气凝胶隔热片就是电芯间的 " 防火墙 " 。沈晓冬在 20 多年的时光里，向导团队通过调控气凝胶网络结构，提升干燥手艺，完善加工工艺，将气凝胶隔热片的耐温性从最初的 650 ℃，提升到现在的 1300 ℃，热阻遏时间延伸至 2 小时 。现在，这些 " 清静卫士 " 已经普遍应用于高温窑炉、航空航天以及宁德时代、比亚迪、阳光电源、小米汽车等企业的动力电池中 。耐高温又隔热气凝胶是一种轻质绝热质料 。在扫描电镜下，它泛起出由无数纳米颗粒编织而成的立体网络结构 。" 这张网约 99% 的空间由空气填充 。" 沈晓冬指着电脑屏幕上一张电子显微照片诠释，" 空气在这张网内被困住‘手脚’无法移动，以是气凝胶的热导率比空气还低，这让它成为质料界的‘隔热之王’ 。"与生俱来的 " 先天 "，让气凝胶在锂离子电池中找到了 " 保存感 " 。" 电池内部空间寸土寸金，这要求隔热质料既轻薄，又隔热耐温，气凝胶便有了用武之地 。" 沈晓冬先容，几年前，海内头部新能源汽车厂商探索将气凝胶应用到电芯距离热，但其时的隔热片只能遭受 300 ℃的温度，而电芯燃烧或者爆炸时的瞬间温度往往在 650 ℃甚至 1000 ℃以上 。" 其时厂商一度要放弃气凝胶这条手艺蹊径 。" 此前已经将气凝胶应用于热力管道保温、航天等领域的沈晓冬向厂商自荐，要为气凝胶争取一个证实自己的机会 。" 要让气凝胶耐受 1000 ℃以上的高温，就要让纳米孔骨架更结实，纳米颗粒间团结得更细密 。" 团队焦点成员、南京工业大学教授崔升和同事先是向原质料中加入氧化物，试图让气凝胶更结实、不坍塌，但却发明隔热性能下降了 。" 能否增添纳米颗粒的比外貌积，抑制热传导？" 团队焦点成员、南京工业大学教授孔勇查遍文献无果，抱着试试看的心态，向原质料中添加催化剂，但气凝胶经由干燥后体积大幅缩小，隔热性能比原来更差 。此路欠亨，团队回到起点 �？子掠种匦律笤拇呋恋乃峒疃� 。几经调试终于发明，偏酸性的条件下，颗粒之间的结协力较弱，以是气凝胶结构不牢靠 。他将催化剂调成碱性值更大时，骨架稳固了，成型后的气凝胶也能坚持稳固结构了 。" 纳米颗粒之间就像用胶水黏着一样，既包管了气凝胶的隔热性，又提高了耐温性 。" 孔勇说，最终团队研发的 2.3 毫米厚的气凝胶隔热片，可以在一面遭受 1000 ℃的高温 5 分钟后，另一面温度不凌驾 100 ℃ 。低本钱 " 干湿疏散 "制备气凝胶，质料是基础，历程是要害 。" 高效超临界干燥手艺即是极难掌握的要害历程 。" 沈晓冬先容 。所谓超临界干燥，是将湿凝胶中的溶剂用处于超临界状态的二氧化碳从纳米孔中 " 萃取 " 出来，再缓慢泄压，使其变为气态逸出，从而让纳米孔内仅留下空气且结构完好无损，最终获得气凝胶 。然而，早期超临界干燥手艺仅能知足实验室需求 。工业界既缺乏完善装备，又因工艺不可熟导致制备效率低 。无履历可循、无工业支持，沈晓冬团队的探索之路充满磨练 。" 气凝胶很脆，没法单独使用 。必需借助基材的结构强度 。" 因此，团队将含有大宗酒精和水的湿凝胶溶液浸到陶瓷纤维中，放进干燥釜里，原本预计仅需 2 至 4 小时就醒目燥好，但十几个小时后照旧湿漉漉，生产效率极低 。怎样让湿凝胶迅速干透，成为首当其冲的难题 。团队焦点成员、江苏珈云新质料有限公司总司理滕凯明领衔开启了一场系统性攻关：首先降低湿凝胶含水量，将酒精纯度提升至 95% 以上，以提高二氧化碳的萃取效率 ；随后又历时一年多，设计出多种柔性透气隔网，优化了气凝胶毡层间二氧化碳流场漫衍、强化了二氧化碳的扩散传输通道，使得超临界二氧化碳更快速进入凝胶的纳米逍遥中，与孔内的酒精举行高效传质 。干燥釜内的压力控制同样禁止小觑 �？焖傩寡顾淠芴嵘�，但压力震荡对纳米孔的攻击会导致气凝胶开裂破碎 。于是团队实验每 10 分钟泄压一次，逐步摸清泄压快慢与纳米孔坚持率之间的最佳平衡点 。本钱控制是超临界干燥的另一道坎 。每一次超临界干燥，都会从湿凝胶中萃取出大宗酒精 。" 这些酒精是不是可以作为原质料接纳使用？" 滕凯明看到了开源节约的契机 。他们又花了约莫两年时间，开发了一套工艺，先针对酒精中的差别杂质加入化学药剂举行预处置惩罚，破损其与酒精的互溶关系，再通过精馏提纯，最终实现乙醇接纳率超 99.5%，仅质料本钱便降低了一半以上 。弹性压缩超 90%工艺稳固性问题解决后，现实应用场景又带来新问题 。古板二氧化硅气凝胶是典范的脆性子料，一捏就碎 。但新能源电池、储能电池在充放电时，就像 " 呼吸 " 一样，会一直膨胀、缩短，对气凝胶形成重复挤压 。怎样让气凝胶柔软可压缩，又能在压缩后坚持回弹和支持性，同时还能不破损纳米孔，组成一个 " 不可能三角 " 。这一次的破题灵感，来自气凝胶的 " 亲戚 " ——硅橡胶 。硅橡胶能在 -100 ℃至 300 ℃的宽泛温度规模内坚持弹性，且物理性能转变极小 。" 能否模拟硅橡胶的分子构型，将气凝胶从刚性结构酿成弹性结构？" 孔勇提出这一构想，并向导团队举行 " 微型手术 "，通过选择性 " 敲除 " 纳米孔网格的部分毗连节点，让整张网相对松散、更 Q 弹 �？子麓蛄烁隼纾�" 这类似搭脚手架，若是每根钢管和毗连件都严丝合缝，整个作业平台就都很稳固 ；但松开其中几个毗连件，平台就会摇晃一些，泛起滑移，但又不会散架 。"" 敲除 " 是个细腻活 。多了，整个网络散架，耐高温顺高效隔热就无从谈起 ；少了，质料又硬邦邦 �？子潞屯哦右淮未蔚赝ü呋恋挠昧亢椭掷�，调试反应溶液的酸碱度，为气凝胶纳米孔生长历程中的水解—聚合反应提供温顺可控的情形，使气凝胶骨架长成一种长链的、相对松散自由的形态，气凝胶弹性压缩超 90% 而结构和性能依然没有被破损 。历经多年手艺迭代，沈晓冬团队已经研发出碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化硼等多种耐高温气凝胶隔热质料 。2025 年，江苏珈云新质料有限公司实现销售收入 2 亿余元 。" 十五五 " 妄想纲要提出，加速新能源、新质料等战略性新兴工业生长，这让沈晓冬对未来充满期待：" 我们将增强基础研究和工业化历程，推动气凝胶隔热质料重新能源电池的‘高端选配’变为‘主流必配’，同时探索开拓其在消防、商业航天、太空算力等领域的应用，推动建设中国的气凝胶纳米质料工业系统 。"
本文链接：?/m/article/2063224.shtml
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