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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)研發(fā)的耐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，為芯組構(gòu)筑了一道高性能“防火墻”，為動(dòng)力電池穿上安全“隔熱服”。

跨界：

從水泥到氣凝膠的完美轉(zhuǎn)身

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?！皻饽z納米級(jí)網(wǎng)狀骨構(gòu)孔洞中超99%的空隙由空氣填充?！鄙驎远榻B說(shuō)，“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)熱力較之空氣更低，成了隔熱‘明星’?！?/p>

2005年前，“專(zhuān)情”于水泥研究的沈曉冬，被氣凝膠隔熱特質(zhì)所吸引，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，將其水解成氧化硅水合粒子，使其在靜電作用簇?fù)硐律钊牖目p隙?！皻饽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?！表?xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員孔勇副教授補(bǔ)充說(shuō)。

如何提高氧化硅氣凝膠材料高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，沈曉冬提出了用陶瓷作基材的新創(chuàng)意。他表示：“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?！?/p>

實(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)。如何有效地保護(hù)氣凝膠內(nèi)部薄如蟬翼的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)？“唯有氣體代替液體，才能改變張力消失所導(dǎo)致的變形?！鄙驎远f(shuō)道。

解鎖：

超臨界態(tài)二氧化碳驅(qū)逐酒精

干燥釜內(nèi)的二氧化碳在超臨界狀態(tài)下會(huì)同時(shí)擁有液態(tài)或氣態(tài)特征，表明當(dāng)超臨界狀態(tài)的二氧化碳在氣體狀態(tài)時(shí)可抵消張力。于是，研究團(tuán)隊(duì)利用這一特點(diǎn)，在超臨界狀態(tài)下“秒”抽酒精，由空氣代替酒精入駐孔隙，保護(hù)凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?！拔覀?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)下的其余四塊測(cè)試電芯，能否抵御高溫失控的危險(xiǎn)?！表?xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員仲亞副教授介紹說(shuō)，“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?！?/p>

今年5月，沈曉冬團(tuán)隊(duì)研發(fā)的耐1200℃新型氣凝膠產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，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?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

展望：

助力氣凝膠生產(chǎn)向“國(guó)際化”轉(zhuǎn)變

據(jù)沈曉冬介紹，氣凝膠材料已被列入戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，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)展成能涵蓋眾多無(wú)機(jī)、高分子、金屬氣凝膠家族。多年來(lái)，他帶領(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。

“我們研發(fā)的成果突破了氧化硅氣凝膠材料存在的耐高溫性能差等技術(shù)難點(diǎn)，建立了完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系?！表?xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員吳曉棟博士自豪地說(shuō)。

研究團(tuán)隊(duì)從2000年開(kāi)始從事氣凝膠等納米材料研究。在20多個(gè)省部級(jí)及以上項(xiàng)目的支持下，研究團(tuán)隊(duì)聚焦氣凝膠材料隔熱、吸附、載藥和光催化4個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化工作，相關(guān)研究成果已在多家企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

沈曉冬表示，氣凝膠技術(shù)還有無(wú)限大的市場(chǎng)空間，作為研究者，他們還必須奮力攀登，齊心助力氣凝膠生產(chǎn)向“國(guó)際化”轉(zhuǎn)變。

2023年8月22日《中國(guó)化工報(bào)》2版：http://mpaper.ccin.com.cn:81/pc/page.do?pageId=669851&pId=1561