原子重塑连融三轮：一家3D打印黑马爆发
据科技日报，，，，，，，在 4 月初举行的第十四届储能国际峰会暨展览会上，，，，，，，南京工业大学教授沈晓冬团队展示的一款新质料，，，，，，，引发众人关注。。。。。 。。。这即是全球首款可耐受 1300 ℃高温的新能源锂离子电池用高热阻气凝胶隔热片。。。。。 。。。" 十五五 " 妄想纲要提出，，，，，，，加速新能源、新质料等战略性新兴工业生长，，，，，，，这让沈晓冬对未来充满期待：" 我们将增强基础研究和工业化历程，，，，，，，推动气凝胶隔热质料重新能源电池的‘高端选配’变为‘主流必配’，，，，，，，同时探索开拓其在消防、商业航天、太空算力等领域的应用，，，，，，，推动建设中国的气凝胶纳米质料工业系统。。。。。 。。。"给锂离子电池披上 " 隔热铠甲 "——耐高温二氧化硅气凝胶隔热质料攻关纪实一片只有 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守护生命的 " 清静卫士 "。。。。。 。。。在 4 月初举行的第十四届储能国际峰会暨展览会上，，，，，，，南京工业大学教授沈晓冬团队展示的一款新质料，，，，，，，引发众人关注。。。。。 。。。这即是全球首款可耐受 1300 ℃高温的新能源锂离子电池用高热阻气凝胶隔热片。。。。。 。。。" 锂离子电池可谓新能源汽车和储能系统的‘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甚至引发爆炸，，，，，，，以是迅速阻断高温向相邻电芯转达至关主要。。。。。 。。。" 沈晓冬双手包裹住一片隔热片，，，，，，，向科技日报记者演示，，，，，，，若是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 多年的时光里，，，，，，，向导团队通过调控气凝胶网络结构，，，，，，，提升干燥手艺，，，，，，，完善加工工艺，，，，，，，将气凝胶隔热片的耐温性从最初的 650 ℃，，，，，，，提升到现在的 1300 ℃，，，，，，，热阻遏时间延伸至 2 小时。。。。。 。。。现在，，，，，，，这些 " 清静卫士 " 已经普遍应用于高温窑炉、航空航天以及宁德时代、比亚迪、阳光电源、小米汽车等企业的动力电池中。。。。。 。。。耐高温又隔热气凝胶是一种轻质绝热质料。。。。。 。。。在扫描电镜下，，，，，，，它泛起出由无数纳米颗粒编织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诠释，，，，，，，" 空气在这张网内被困住‘手脚’无法移动，，，，，，，以是气凝胶的热导率比空气还低，，，，，，，这让它成为质料界的‘隔热之王’。。。。。 。。。"与生俱来的 " 先天 "，，，，，，，让气凝胶在锂离子电池中找到了 " 保存感 "。。。。。 。。。" 电池内部空间寸土寸金，，，，，，，这要求隔热质料既轻薄，，，，，，，又隔热耐温，，，，，，，气凝胶便有了用武之地。。。。。 。。。" 沈晓冬先容，，，，，，，几年前，，，，，，，海内头部新能源汽车厂商探索将气凝胶应用到电芯距离热，，，，，，，但其时的隔热片只能遭受 300 ℃的温度，，，，，，，而电芯燃烧或者爆炸时的瞬间温度往往在 650 ℃甚至 1000 ℃以上。。。。。 。。。" 其时厂商一度要放弃气凝胶这条手艺蹊径。。。。。 。。。" 此前已经将气凝胶应用于热力管道保温、航天等领域的沈晓冬向厂商自荐，，，，，，，要为气凝胶争取一个证实自己的机会。。。。。 。。。" 要让气凝胶耐受 1000 ℃以上的高温，，，，，，，就要让纳米孔骨架更结实，，，，，，，纳米颗粒间团结得更细密。。。。。 。。。" 团队焦点成员、南京工业大学教授崔升和同事先是向原质料中加入氧化物，，，，，，，试图让气凝胶更结实、不坍塌，，，，，，，但却发明隔热性能下降了。。。。。 。。。" 能否增添纳米颗粒的比外貌积，，，，，，，抑制热传导？？？？ ？？？" 团队焦点成员、南京工业大学教授孔勇查遍文献无果，，，，，，，抱着试试看的心态，，，，，，，向原质料中添加催化剂，，，，，，，但气凝胶经由干燥后体积大幅缩小，，，，，，，隔热性能比原来更差。。。。。 。。。此路欠亨，，，，，，，团队回到起点。。。。。 。。�？？？？ ？？？子掠种匦律笤拇呋恋乃峒疃�。。。。。 。。。几经调试终于发明，，，，，，，偏酸性的条件下，，，，，，，颗粒之间的结协力较弱，，，，，，，以是气凝胶结构不牢靠。。。。。 。。。他将催化剂调成碱性值更大时，，，，，，，骨架稳固了，，，，，，，成型后的气凝胶也能坚持稳固结构了。。。。。 。。。" 纳米颗粒之间就像用胶水黏着一样，，，，，，，既包管了气凝胶的隔热性，，，，，，，又提高了耐温性。。。。。 。。。" 孔勇说，，，，，，，最终团队研发的 2.3 毫米厚的气凝胶隔热片，，，，，，，可以在一面遭受 1000 ℃的高温 5 分钟后，，，，，，，另一面温度不凌驾 100 ℃。。。。。 。。。低本钱 " 干湿疏散 "制备气凝胶，，，，，，，质料是基础，，，，，，，历程是要害。。。。。 。。。" 高效超临界干燥手艺即是极难掌握的要害历程。。。。。 。。。" 沈晓冬先容。。。。。 。。。所谓超临界干燥，，，，，，，是将湿凝胶中的溶剂用处于超临界状态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，，，，，，，从而让纳米孔内仅留下空气且结构完好无损，，，，，，，最终获得气凝胶。。。。。 。。。然而，，，，，，，早期超临界干燥手艺仅能知足实验室需求。。。。。 。。。工业界既缺乏完善装备，，，，，，，又因工艺不可熟导致制备效率低。。。。。 。。。无履历可循、无工业支持，，，，，，，沈晓冬团队的探索之路充满磨练。。。。。 。。。" 气凝胶很脆，，，，，，，没法单独使用。。。。。 。。。必需借助基材的结构强度。。。。。 。。。" 因此，，，，，，，团队将含有大宗酒精和水的湿凝胶溶液浸到陶瓷纤维中，，，，，，，放进干燥釜里，，，，，，，原本预计仅需 2 至 4 小时就醒目燥好，，，，，，，但十几个小时后照旧湿漉漉，，，，，，，生产效率极低。。。。。 。。。怎样让湿凝胶迅速干透，，，，，，，成为首当其冲的难题。。。。。 。。。团队焦点成员、江苏珈云新质料有限公司总司理滕凯明领衔开启了一场系统性攻关：首先降低湿凝胶含水量，，，，，，，将酒精纯度提升至 95% 以上，，，，，，，以提高二氧化碳的萃取效率；；；；； ；随后又历时一年多，，，，，，，设计出多种柔性透气隔网，，，，，，，优化了气凝胶毡层间二氧化碳流场漫衍、强化了二氧化碳的扩散传输通道，，，，，，，使得超临界二氧化碳更快速进入凝胶的纳米逍遥中，，，，，，，与孔内的酒精举行高效传质。。。。。 。。。干燥釜内的压力控制同样禁止小觑。。。。。 。。�？？？？ ？？？焖傩寡顾淠芴嵘�，，，，，，，但压力震荡对纳米孔的攻击会导致气凝胶开裂破碎。。。。。 。。。于是团队实验每 10 分钟泄压一次，，，，，，，逐步摸清泄压快慢与纳米孔坚持率之间的最佳平衡点。。。。。 。。。本钱控制是超临界干燥的另一道坎。。。。。 。。。每一次超临界干燥，，，，，，，都会从湿凝胶中萃取出大宗酒精。。。。。 。。。" 这些酒精是不是可以作为原质料接纳使用？？？？ ？？？" 滕凯明看到了开源节约的契机。。。。。 。。。他们又花了约莫两年时间，，，，，，，开发了一套工艺，，，，，，，先针对酒精中的差别杂质加入化学药剂举行预处置惩罚，，，，，，，破损其与酒精的互溶关系，，，，，，，再通过精馏提纯，，，，，，，最终实现乙醇接纳率超 99.5%，，，，，，，仅质料本钱便降低了一半以上。。。。。 。。。弹性压缩超 90%工艺稳固性问题解决后，，，，，，，现实应用场景又带来新问题。。。。。 。。。古板二氧化硅气凝胶是典范的脆性子料，，，，，，，一捏就碎。。。。。 。。。但新能源电池、储能电池在充放电时，，，，，，，就像 " 呼吸 " 一样，，，，，，，会一直膨胀、缩短，，，，，，，对气凝胶形成重复挤压。。。。。 。。。怎样让气凝胶柔软可压缩，，，，，，，又能在压缩后坚持回弹和支持性，，，，，，，同时还能不破损纳米孔，，，，，，，组成一个 " 不可能三角 "。。。。。 。。。这一次的破题灵感，，，，，，，来自气凝胶的 " 亲戚 " ——硅橡胶。。。。。 。。。硅橡胶能在 -100 ℃至 300 ℃的宽泛温度规模内坚持弹性，，，，，，，且物理性能转变极小。。。。。 。。。" 能否模拟硅橡胶的分子构型，，，，，，，将气凝胶从刚性结构酿成弹性结构？？？？ ？？？" 孔勇提出这一构想，，，，，，，并向导团队举行 " 微型手术 "，，，，，，，通过选择性 " 敲除 " 纳米孔网格的部分毗连节点，，，，，，，让整张网相对松散、更 Q 弹。。。。。 。。�？？？？ ？？？子麓蛄烁隼纾�" 这类似搭脚手架，，，，，，，若是每根钢管和毗连件都严丝合缝，，，，，，，整个作业平台就都很稳固；；；；； ；但松开其中几个毗连件，，，，，，，平台就会摇晃一些，，，，，，，泛起滑移，，，，，，，但又不会散架。。。。。 。。。"" 敲除 " 是个细腻活。。。。。 。。。多了，，，，，，，整个网络散架，，，，，，，耐高温顺高效隔热就无从谈起；；；；； ；少了，，，，，，，质料又硬邦邦。。。。。 。。�？？？？ ？？？子潞屯哦右淮未蔚赝ü呋恋挠昧亢椭掷�，，，，，，，调试反应溶液的酸碱度，，，，，，，为气凝胶纳米孔生长历程中的水解—聚合反应提供温顺可控的情形，，，，，，，使气凝胶骨架长成一种长链的、相对松散自由的形态，，，，，，，气凝胶弹性压缩超 90% 而结构和性能依然没有被破损。。。。。 。。。历经多年手艺迭代，，，，，，，沈晓冬团队已经研发出碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化硼等多种耐高温气凝胶隔热质料。。。。。 。。。2025 年，，，，，，，江苏珈云新质料有限公司实现销售收入 2 亿余元。。。。。 。。。" 十五五 " 妄想纲要提出，，，，，，，加速新能源、新质料等战略性新兴工业生长，，，，，，，这让沈晓冬对未来充满期待：" 我们将增强基础研究和工业化历程，，，，，，，推动气凝胶隔热质料重新能源电池的‘高端选配’变为‘主流必配’，，，，，，，同时探索开拓其在消防、商业航天、太空算力等领域的应用，，，，，，，推动建设中国的气凝胶纳米质料工业系统。。。。。 。。。"