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新能源汽車離不開新能源動力電池，然而動力電池一旦發生熱失控，從冒煙到爆炸僅需56秒。如何迅速阻斷某一個電芯熱失控時的熱傳遞？近日，江蘇先進無機功能復合材料協同創新中心主任、南京工業大學材料科學與工程學院沈曉冬教授團隊，在國際上首創并量產耐1200℃高溫氧化硅氣凝膠材料成功應用于鋰離子動力電池芯組間的隔熱，為芯組筑構了一道高性能“防火墻”，切實為人民生命安全穿上了“防護服”。

氣凝膠是一種三維納米網絡結構的納米材料，具有低密度、高比表面積和低熱導率等優異性能。“氣凝膠納米級網狀骨構孔洞中超99%的空隙由空氣填充。”沈曉冬介紹，空氣是熱的不良導體，而氣凝膠中的空氣被網格絆住了“腳”無法流動，因此導熱力較空氣更低，成了隔熱“明星”。盡管如今解釋起來通俗易懂，但在研發初期，想要用空氣完全替代原本網狀骨構孔洞縫隙中的酒精，其探索之路卻頗為曲折。

2005年前，“專情”于水泥研究的沈曉冬，被氣凝膠隔熱的光環所吸引，承擔國家任務開始研究同屬硅酸鹽材料的氧化硅氣凝膠。研究團隊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擁深入基材縫隙。“由于氣凝膠單體太過脆弱，無法獨當一面，必須借助基材的結構強度。”團隊成員孔勇副教授說。如何提高氧化硅氣凝膠材料高溫結構穩定性？沈曉冬提出用陶瓷作基材的新創意。

“理想的網孔正在朝著期待的樣子逐漸形成，但是此時‘坐擁’納米空隙的是酒精而非空氣。”實驗表明，納米孔隙中飽含的液體在分離時會產生巨大張力，而這會讓網狀結構面臨崩塌的風險。“就好像濕了的衣服晾干容易起褶皺、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。“唯有用氣體代替液體，才能改變張力消失所導致的變形，從而有效地保護氣凝膠內部薄如蟬翼的網狀結構。”

于是，研究團隊利用“超臨界狀態的二氧化碳呈氣體時可抵消張力”這一特點，讓超臨界狀態下的二氧化碳“秒”抽酒精，成功讓空氣代替酒精“入駐”孔隙，從而保護氣凝膠的網狀結構。“我們在動力電池每兩個電芯組之間放入研發的氣凝膠材料，并通過引爆其中一塊電芯，來考驗在氣凝膠保護下的其余4塊測試電芯，能否抵御高溫失控的危險。”團隊成員仲亞副教授介紹，經過多次試驗，他們發現電芯被引爆后高達1200℃的火焰沒有突破氣凝膠所筑就的“防火墻”，“禍及”其他電芯。

今年5月，沈教授團隊研發的耐1200℃新型氣凝膠產品“橫空出世”，并在江蘇珈云新材料有限公司完成A輪融資，實現了高性能氧化硅氣凝膠系列產品量產。江蘇珈云新材料有限公司副總經理滕凱明表示，團隊的研究成果為行業企業帶來了“福音”，公司在鋰離子動力電池、儲能電池電芯間隔熱防護、高溫設備、熱力管道保溫等領域應用了新型氣凝膠技術后，取得了良好的社會效益和經濟效益。

據悉，氣凝膠作為綠色環保新型材料可廣泛應用于石油化工、軌道交通、電力工業、井下作業、城鎮熱管和建筑節能等廣闊領域，實屬顛覆性材料，深受市場歡迎。隨著基礎研究的不斷深入，氣凝膠已從最初的氧化硅氣凝膠發展成為涵蓋眾多無機、高分子、金屬氣凝膠家族。

多年來，沈曉冬帶領團隊勤耕不輟，推動建立中國氣凝膠材料產業體系，助力我國氣凝膠新材料處于國際并跑領跑地位。“我國應用于電池電芯隔熱的氣凝膠絕熱產品年銷售額已逾10億元，隨著動力電池和儲能電池對安全性要求不斷提升，氣凝膠材料未來必將大有可為。”沈曉冬說。

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