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南工大科研团队首创耐1200℃的“防火墙”
他们为动力电池穿上安全“隔热服”
□南京日报/紫金山新闻记者李花 通讯员杨芳
(资料图)
新能源汽车离不开新能源动力电池，动力电池一旦发生热失控，从冒烟到爆炸仅需56秒。如何迅速阻断某一个电芯热失控时的热传递？日前，江苏先进无机功能复合料协同创新中心主任、南京工业大学材料科学与工程学院沈晓冬教授团队国际首创并量产的耐1200℃高温氧化硅气凝胶材料成功应用于锂离子动力电池芯组间的隔热，为芯组构筑了一道高性能“防火墙”，为动力电池穿上安全“隔热服”。
“气凝胶纳米级网状骨构孔洞中超99%的空隙由空气填充。”沈晓冬教授介绍说，空气是热的不良导体，而气凝胶中的空气被网格绊住了“脚”，无法流动，因此导热能力变弱，成了隔热“明星”。
“气凝胶单体太过脆弱，无法独当一面，必须借助基材的结构强度。”团队成员孔勇副教授告诉记者。如何提高氧化硅气凝胶材料高温结构稳定性，沈晓冬教授提出了用陶瓷做基材的新创意，在用陶瓷作为基材加固的过程中，空隙里产生了酒精。但实验表明，纳米孔隙中饱含的液体在分离时会产生巨大张力，而这会让网状结构面临崩塌的风险。
“就好像湿了的衣服晾干容易起褶皱、变形。”沈晓冬教授形象地介绍道，潮湿的衣服表面水分自带张力，衣服脱水（干燥）后表面的张力随水分消失而消失。
如何有效地保护气凝胶内部薄如蝉翼的网状结构？用气体填充，成为一个大胆的设想。经过大量的实验，专家发现，干燥釜（一种干燥设备）内的二氧化碳在特定温度和压力，即超临界状态下会同时拥有液态或气态特征。于是，研究团队利用这一特点，在超临界状态下“秒”抽酒精，由空气代替酒精入驻孔隙，保护凝胶的网状结构。
“这个大胆的设想成功了。我们在动力电池每两个电芯组之间放入研发的气凝胶材料，并通过引爆其中一块电芯，来考验在气凝胶保护下的其余4块测试电芯能否抵御高温失控的危险。”团队成员仲亚副教授开心地介绍说，经过多次试验，他们发现电芯被引爆后高达1200℃的火焰没有突破气凝胶所筑就的“防火墙”。
今年5月，沈晓冬团队研发的耐1200℃新型气凝胶产品“横空出世”，并在江苏珈云新材料有限公司完成A轮融资，实现了高性能氧化硅气凝胶系列产品量产，也取得了良好的社会效益和经济效益。
沈晓冬教授表示，气凝胶技术还有无限大的市场空间，作为研究者，他们还必须奋力攀登，齐心助力气凝胶生产向“国际化”转变。
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