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新能源汽車(chē)離不開(kāi)新能源動(dòng)力電池，然而動(dòng)力電池一旦發(fā)生熱失控，從冒煙到爆炸僅需56秒。如何迅速阻斷某一個(gè)電芯熱失控時(shí)的熱傳遞？近日，江蘇先進(jìn)無(wú)機(jī)功能復(fù)合材料協(xié)同創(chuàng)新中心主任、南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院沈曉冬教授團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首創(chuàng)并量產(chǎn)耐1200℃高溫氧化硅氣凝膠材料成功應(yīng)用于鋰離子動(dòng)力電池芯組間的隔熱，為芯組筑構(gòu)了一道高性能“防火墻”，切實(shí)為人民生命安全穿上了“防護(hù)服”。

氣凝膠是一種三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的納米材料，具有低密度、高比表面積和低熱導(dǎo)率等優(yōu)異性能。“氣凝膠納米級(jí)網(wǎng)狀骨構(gòu)孔洞中超99%的空隙由空氣填充。”沈曉冬介紹，空氣是熱的不良導(dǎo)體，而氣凝膠中的空氣被網(wǎng)格絆住了“腳”無(wú)法流動(dòng)，因此導(dǎo)熱力較空氣更低，成了隔熱“明星”。盡管如今解釋起來(lái)通俗易懂，但在研發(fā)初期，想要用空氣完全替代原本網(wǎng)狀骨構(gòu)孔洞縫隙中的酒精，其探索之路卻頗為曲折。

2005年前，“專(zhuān)情”于水泥研究的沈曉冬，被氣凝膠隔熱的光環(huán)所吸引，承擔(dān)國(guó)家任務(wù)開(kāi)始研究同屬硅酸鹽材料的氧化硅氣凝膠。研究團(tuán)隊(duì)最初采取的是將正硅酸四乙酯放入溶液中攪拌水解成的氧化硅水合粒子，使其在靜電作用下簇?fù)砩钊牖目p隙?！坝捎跉饽z單體太過(guò)脆弱，無(wú)法獨(dú)當(dāng)一面，必須借助基材的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。”團(tuán)隊(duì)成員孔勇副教授說(shuō)。如何提高氧化硅氣凝膠材料高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性？沈曉冬提出用陶瓷作基材的新創(chuàng)意。

“理想的網(wǎng)孔正在朝著期待的樣子逐漸形成，但是此時(shí)‘坐擁’納米空隙的是酒精而非空氣?！睂?shí)驗(yàn)表明，納米孔隙中飽含的液體在分離時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大張力，而這會(huì)讓網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)面臨崩塌的風(fēng)險(xiǎn)?！熬秃孟駶窳说囊路栏扇菀灼瘃薨?、變形。”沈曉冬形象地介紹，潮濕衣服表面的水分自帶張力，衣服脫水（干燥）后表面的張力隨水分消失而消失?！拔ㄓ杏脷怏w代替液體，才能改變張力消失所導(dǎo)致的變形，從而有效地保護(hù)氣凝膠內(nèi)部薄如蟬翼的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?！?/p>

于是，研究團(tuán)隊(duì)利用“超臨界狀態(tài)的二氧化碳呈氣體時(shí)可抵消張力”這一特點(diǎn)，讓超臨界狀態(tài)下的二氧化碳“秒”抽酒精，成功讓空氣代替酒精“入駐”孔隙，從而保護(hù)氣凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。“我們?cè)趧?dòng)力電池每?jī)蓚€(gè)電芯組之間放入研發(fā)的氣凝膠材料，并通過(guò)引爆其中一塊電芯，來(lái)考驗(yàn)在氣凝膠保護(hù)下的其余4塊測(cè)試電芯，能否抵御高溫失控的危險(xiǎn)。”團(tuán)隊(duì)成員仲亞副教授介紹，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)電芯被引爆后高達(dá)1200℃的火焰沒(méi)有突破氣凝膠所筑就的“防火墻”，“禍及”其他電芯。

今年5月，沈教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的耐1200℃新型氣凝膠產(chǎn)品“橫空出世”，并在江蘇珈云新材料有限公司完成A輪融資，實(shí)現(xiàn)了高性能氧化硅氣凝膠系列產(chǎn)品量產(chǎn)。江蘇珈云新材料有限公司副總經(jīng)理滕凱明表示，團(tuán)隊(duì)的研究成果為行業(yè)企業(yè)帶來(lái)了“福音”，公司在鋰離子動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池電芯間隔熱防護(hù)、高溫設(shè)備、熱力管道保溫等領(lǐng)域應(yīng)用了新型氣凝膠技術(shù)后，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

據(jù)悉，氣凝膠作為綠色環(huán)保新型材料可廣泛應(yīng)用于石油化工、軌道交通、電力工業(yè)、井下作業(yè)、城鎮(zhèn)熱管和建筑節(jié)能等廣闊領(lǐng)域，實(shí)屬顛覆性材料，深受市場(chǎng)歡迎。隨著基礎(chǔ)研究的不斷深入，氣凝膠已從最初的氧化硅氣凝膠發(fā)展成為涵蓋眾多無(wú)機(jī)、高分子、金屬氣凝膠家族。

多年來(lái)，沈曉冬帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)勤耕不輟，推動(dòng)建立中國(guó)氣凝膠材料產(chǎn)業(yè)體系，助力我國(guó)氣凝膠新材料處于國(guó)際并跑領(lǐng)跑地位。“我國(guó)應(yīng)用于電池電芯隔熱的氣凝膠絕熱產(chǎn)品年銷(xiāo)售額已逾10億元，隨著動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池對(duì)安全性要求不斷提升，氣凝膠材料未來(lái)必將大有可為?！鄙驎远f(shuō)。

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