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一片只要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看护生命的“安全卫士”。
在4月初举办的第十四届储能世界峰会暨展览会上，南京工业大学教授沈晓冬团队展现的一款新资料，引发世人重视。这就是全球首款可耐受1300℃高温的新动力锂离子电池用高热阻气凝胶隔热片。
“锂离子电池可谓新动力轿车和储能系统的‘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乃至引发爆破，所以敏捷阻断高温向相邻电芯传递至关重要。”沈晓冬双手包裹住一片隔热片，向科技日报记者演示，假如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多年的岁月里，带领团队经过调控气凝胶网络结构，进步枯燥技能，完善加工工艺，将气凝胶隔热片的耐温性从开始的650℃，进步到现在的1300℃，热阻隔时刻延伸至2小时。
现在，这些“安全卫士”现已大范围的使用于高温窑炉、航空航天以及宁德年代、比亚迪、阳光电源、小米轿车等企业的动力电池中。
气凝胶是一种轻质绝热资料。在扫描电镜下，它呈现出由很多纳米颗粒织造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解说，“空气在这张网内被困住‘四肢’无法移动，所以气凝胶的热导率比空气还低，这让它成为资料界的‘隔热之王’。”
与生俱来的“天分”，让气凝胶在锂离子电池中找到了“存在感”。“电池里边空间寸土寸金，这要求隔热资料既轻浮，又隔热耐温，气凝胶便有了用武之地。”沈晓冬介绍，几年前，国内头部新动力轿车厂商探究将气凝胶使用到电芯间隔热，但其时的隔热片只能接受300℃的温度，而电芯焚烧或许爆破时的瞬间温度往往在650℃乃至1000℃以上。
“其时厂商一度要抛弃气凝胶这条技能道路。”此前现已将气凝胶使用于热力管道保温、航天等范畴的沈晓冬向厂商自荐，要为气凝胶争夺一个验证自己的时机。
“要让气凝胶耐受1000℃以上的高温，就要让纳米孔骨架更健壮，纳米颗粒间结合得更严密。”团队核心成员、南京工业大学教授崔升和搭档先是向原资料中参加氧化物，企图让气凝胶更健壮、不崩塌，但却发现隔热功能直线下降了。
“能否增加纳米颗粒的比表面积，按捺热传导？”团队核心成员、南京工业大学教授孔勇查遍文献无果，抱着试试看的心态，向原资料中增加催化剂，但气凝胶经过枯燥后体积大幅缩小，隔热功能比本来更差。
此路不通，团队回到起点。孔勇又从头审视催化剂的酸碱度。几经调试总算发现，偏酸性的条件下，颗粒之间的结合力较弱，所以气凝胶结构不结实。他将催化剂调成碱性值更大时，骨架安定了，成型后的气凝胶也能坚持稳定结构了。
“纳米颗粒之间就像用胶水黏着相同，既确保了气凝胶的隔热性，又进步了耐温性。”孔勇说，终究团队研制的2.3毫米厚的气凝胶隔热片，能够在一面接受1000℃的高温5分钟后，另一面温度不超越100℃。
制备气凝胶，资料是根底，进程是要害。“高效超临界枯燥技能就是极难把握的要害进程。”沈晓冬介绍。
所谓超临界枯燥，是将湿凝胶中的溶剂用处于超临界状况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，然后让纳米孔内仅留下空气且结构完好无缺，终究得到气凝胶。
但是，前期超临界枯燥技能仅能满意实验室需求。工业界既缺少完善设备，又因工艺不成熟导致制备功率低。无经历可循、无工业支撑，沈晓冬团队的探究之路充溢检测。
“气凝胶很脆，无法独自运用。有必要凭借基材的结构强度。”因而，团队将含有很多酒精和水的湿凝胶溶液浸到陶瓷纤维中，放进枯燥釜里，本来估计仅需2至4小时就能枯燥好，但十几个小时后仍是湿漉漉，出产功率极低。
怎么让湿凝胶敏捷干透，成为首战之地的难题。团队核心成员、江苏珈云新资料有限公司总经理滕凯明领衔敞开了一场系统性攻关：首要降低湿凝胶含水量，将酒精纯度进步至95%以上，以进步二氧化碳的萃取功率；随后又历时一年多，规划出多种柔性透气隔网，优化了气凝胶毡层间二氧化碳流场散布、强化了二氧化碳的分散传输通道，使得超临界二氧化碳更快速进入凝胶的纳米空地中，与孔内的酒精进行高效传质。
枯燥釜内的压力操控相同不能够小看。快速泄压虽能进步出产功率，但压力震动对纳米孔的冲击会导致气凝胶开裂破碎。所以团队测验每10分钟泄压一次，逐渐摸清泄压快慢与纳米孔坚持率之间的最佳平衡点。
本钱操控是超临界枯燥的另一道坎。每一次超临界枯燥，都会从湿凝胶中萃取出很多酒精。
“这些酒精是不是可当作原资料收回使用？”滕凯明看到了开源节流的关键。他们又花了大约两年时刻，开发了一套工艺，先针对酒精中的不同杂质参加化学药剂进行预处理，损坏其与酒精的互溶联络，再经过精馏提纯，终究完成乙醇收回率超99.5%，仅质料本钱便降低了一半以上。
工艺稳定性问题解决后，实践使用场景又带来新问题。传统二氧化硅气凝胶是典型的脆性资料，一捏就碎。但新动力电池、储能电池在充放电时，就像“呼吸”相同，会不断胀大、缩短，对气凝胶构成重复揉捏。怎么让气凝胶柔软可紧缩，又能在紧缩后坚持回弹和支撑性，一起还能不损坏纳米孔，构成一个“不可能三角”。
这一次的破题创意，来自气凝胶的“亲属”——硅橡胶。硅橡胶能在-100℃至300℃的广泛温度范围内坚持弹性，且物理功能改变极小。
“能否模仿硅橡胶的分子构型，将气凝胶从刚性结构变成弹性结构？”孔勇提出这一设想，并带领团队进行“微型手术”，经过选择性“敲除”纳米孔网格的部分衔接节点，让整张网相对松懈、更Q弹。
孔勇打了个比如：“这相似搭脚手架，假如每根钢管和衔接件都严丝合缝，整个作业渠道就都很安定；但松开其间几个衔接件，渠道就会摇晃一些，呈现滑移，但又不会散架。”
“敲除”是个精细活。多了，整个网络散架，耐高温文高效隔热就无从谈起；少了，资料又硬邦邦。
孔勇和团队一次次地经过催化剂的用量和品种，调试反响溶液的酸碱度，为气凝胶纳米孔成长进程中的水解—聚合反响供给温文可控的环境，使气凝胶骨架长成一种长链的、相对松懈自在的形状，气凝胶弹性紧缩超90%而结构和功能仍然没有被损坏。
历经多年技能迭代，沈晓冬团队现已研制出碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化硼等多种耐高温气凝胶隔热资料。2025年，江苏珈云新资料有限公司完成出售的收益2亿余元。
“十五五”规划大纲提出，加速新动力、新资料等战略性新鼓起的工业开展，这让沈晓冬对未来充溢等待：“咱们将加强根底研究和工业化进程，推进气凝胶隔热资料重新动力电池的‘高端选配’变为‘干流必配’，一起探究开辟其在消防、商业航天、太空算力等范畴的使用，推进树立我国的气凝胶纳米资料工业系统。”
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