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第二十四期:它是最轻的固体,也是电池安全的“防火墙”

时间:2022-06-13        来源:

世界上最轻的固体是什么?


我们在《【趣味科普】世界上“最轻的固体”!揭开气凝胶的神秘面纱》一文中,已经介绍过这种神奇的材料——气凝胶:


比棉花还要轻,每立方厘米的密度最低能够达到0.16毫克,是空气密度的六分之一,被称为“冻住的烟”。


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01 隔热保温绝佳性能


气凝胶是一种轻质纳米多孔材料,它纤细的纳米多孔网络结构和高达98%的孔隙率能够有效限制固态热传导和气态热传导效应,这就决定了它具备绝佳的隔热、保温性能


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气凝胶的这些性能,已经在实践中得到了应用。


比如:开采石油时,为了保持石油的流动性,就需要实现管道保温,如果在石油管道外层包裹气凝胶,只需要2cm厚,就能够在输送过程中实现保温,降低能耗损失。


美国的“火星探路者”运载火箭和俄罗斯的“和平”号空间站,都采用了硅气凝胶作为隔热保护材料。


在“中国空间站”、“神州载人飞船”、“祝融号火星车”、“长征系列火箭”等中国航天领域,气凝胶也得到了应用。


气凝胶隔热保温特性的应用,对于降低能耗、设备温控有着重要意义。


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02 汽车电池的“防火墙”


从航天领域到工业领域,气凝胶的性能都得到了实践的检验,所以当其延伸到民用领域时,自然有技术积累的优势。


随着新能源汽车的快速发展,气凝胶崭露头角的契机也来到了。


气凝胶在新能源汽车电池方面的应用,起到了“防火墙”的作用。


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气凝胶应用于汽车发动机隔热及锂电池热防护


新能源汽车动力电池是由许多独立电芯通过并联或串联形成的电池模组,当新能源汽车充电时,电能将储存在每个电芯内部。


一旦某一个电芯由于外部穿刺或者内部缺陷引起短路,其内储存的能量会被瞬时释放出来,转变为大量热能。


如果电芯与电芯之间没有隔离措施,那么短路可能扩散,热失控累加到散热系统无法承受,引起连锁反应,短时间内引燃整个电池组。所以,用在电芯之间的绝缘、隔热、阻燃材料至关重要。


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气凝胶保护电池电芯示意图


气凝胶刚好是同时兼具绝佳的绝缘、隔热、阻燃效果的一种材料。


将气凝胶填充于电芯与电芯之间,绝缘、隔热、阻燃它们同时发挥着各自作用,即使个别电芯热失控,散热系统可以快速地将温度控制在燃点以下,有效的控制热失控,电池组就不会轻而易举被“点燃”;


即使有一块电芯被“点燃”了,由于包裹着电芯的材料具有非常强的隔热、阻燃防护性能,能耐受住火焰造成的高温能量瞬间冲击,控制燃烧传播,不会连锁反应“牵连”到电池中的其他电芯,从而为汽车驾乘人员争取更长的逃生时间。


另一方面,在寒冷的冬季,因为气凝胶对电芯有着绝佳的保温效果,所以还能防止电动车因天气过冷而导致电池续航能力降低


03 汽车轻量化新材料


对于汽车来说,整体设计越紧凑越好,电池体积越小越好,因为只有这样,才能减少汽车自重,充分运用每一寸空间,实现汽车轻量化,更加节能环保。


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气凝胶作为“最轻的固体”,隔热性能最好的材料之一,对于汽车轻量化的作用也十分明显,仅仅需要薄薄的1毫米,重量约2千克,就能实现整辆新能源汽车电池组的绝缘、阻燃、隔热效果,即轻便又实用,为新能源汽车电池“保驾护航”。


相信随着科技的发展,气凝胶的运用将会越来越广泛,越来越成熟;而对于目前正在高速发展的新能源汽车领域,气凝胶材料的表现值得期待!


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