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第二十四期:它是最輕的固體,也是電池安全的“防火墻”

時間:2022-06-13        來源:

世界上最輕的固體是什么?


我們在《【趣味科普】世界上“最輕的固體”!揭開氣凝膠的神秘面紗》一文中,已經(jīng)介紹過這種神奇的材料——?dú)饽z:


比棉花還要輕,每立方厘米的密度最低能夠達(dá)到0.16毫克,是空氣密度的六分之一,被稱為“凍住的煙”。



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01 隔熱保溫絕佳性能


氣凝膠是一種輕質(zhì)納米多孔材料,它纖細(xì)的納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和高達(dá)98%的孔隙率能夠有效限制固態(tài)熱傳導(dǎo)和氣態(tài)熱傳導(dǎo)效應(yīng),這就決定了它具備絕佳的隔熱、保溫性能。


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氣凝膠的這些性能,已經(jīng)在實踐中得到了應(yīng)用。


比如:開采石油時,為了保持石油的流動性,就需要實現(xiàn)管道保溫,如果在石油管道外層包裹氣凝膠,只需要2cm厚,就能夠在輸送過程中實現(xiàn)保溫,降低能耗損失。


美國的“火星探路者”運(yùn)載火箭和俄羅斯的“和平”號空間站,都采用了硅氣凝膠作為隔熱保護(hù)材料。


在“中國空間站”、“神州載人飛船”、“祝融號火星車”、“長征系列火箭”等中國航天領(lǐng)域,氣凝膠也得到了應(yīng)用。


氣凝膠隔熱保溫特性的應(yīng)用,對于降低能耗、設(shè)備溫控有著重要意義。


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02 汽車電池的“防火墻”


從航天領(lǐng)域到工業(yè)領(lǐng)域,氣凝膠的性能都得到了實踐的檢驗,所以當(dāng)其延伸到民用領(lǐng)域時,自然有技術(shù)積累的優(yōu)勢。


隨著新能源汽車的快速發(fā)展,氣凝膠嶄露頭角的契機(jī)也來到了。


氣凝膠在新能源汽車電池方面的應(yīng)用,起到了“防火墻”的作用。


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氣凝膠應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)隔熱及鋰電池?zé)岱雷o(hù)


新能源汽車動力電池是由許多獨(dú)立電芯通過并聯(lián)或串聯(lián)形成的電池模組,當(dāng)新能源汽車充電時,電能將儲存在每個電芯內(nèi)部。


一旦某一個電芯由于外部穿刺或者內(nèi)部缺陷引起短路,其內(nèi)儲存的能量會被瞬時釋放出來,轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅繜崮堋?/p>


如果電芯與電芯之間沒有隔離措施,那么短路可能擴(kuò)散,熱失控累加到散熱系統(tǒng)無法承受,引起連鎖反應(yīng),短時間內(nèi)引燃整個電池組。所以,用在電芯之間的絕緣、隔熱、阻燃材料至關(guān)重要。


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氣凝膠保護(hù)電池電芯示意圖


氣凝膠剛好是同時兼具絕佳的絕緣、隔熱、阻燃效果的一種材料。


將氣凝膠填充于電芯與電芯之間,絕緣、隔熱、阻燃它們同時發(fā)揮著各自作用,即使個別電芯熱失控,散熱系統(tǒng)可以快速地將溫度控制在燃點(diǎn)以下,有效的控制熱失控,電池組就不會輕而易舉被“點(diǎn)燃”;


即使有一塊電芯被“點(diǎn)燃”了,由于包裹著電芯的材料具有非常強(qiáng)的隔熱、阻燃防護(hù)性能,能耐受住火焰造成的高溫能量瞬間沖擊,控制燃燒傳播,不會連鎖反應(yīng)“牽連”到電池中的其他電芯,從而為汽車駕乘人員爭取更長的逃生時間。


另一方面,在寒冷的冬季,因為氣凝膠對電芯有著絕佳的保溫效果,所以還能防止電動車因天氣過冷而導(dǎo)致電池續(xù)航能力降低。


03 汽車輕量化新材料


對于汽車來說,整體設(shè)計越緊湊越好,電池體積越小越好,因為只有這樣,才能減少汽車自重,充分運(yùn)用每一寸空間,實現(xiàn)汽車輕量化,更加節(jié)能環(huán)保。


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氣凝膠作為“最輕的固體”,隔熱性能最好的材料之一,對于汽車輕量化的作用也十分明顯,僅僅需要薄薄的1毫米,重量約2千克,就能實現(xiàn)整輛新能源汽車電池組的絕緣、阻燃、隔熱效果,即輕便又實用,為新能源汽車電池“保駕護(hù)航”。


相信隨著科技的發(fā)展,氣凝膠的運(yùn)用將會越來越廣泛,越來越成熟;而對于目前正在高速發(fā)展的新能源汽車領(lǐng)域,氣凝膠材料的表現(xiàn)值得期待!



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