南工大科研團隊首創耐1200℃的“防火墻”

(資料圖片)

他們為動力電池穿上安全“隔熱服”

□南京日報/紫金山新聞記者李花 通訊員楊芳

新能源汽車離不開新能源動力電池，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？日前，江蘇先進無機功能復合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國際首創并量產的耐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，為芯組構筑了一道高性能“防火墻”，為動力電池穿上安全“隔熱服”。

“氣凝膠納米級網狀骨構孔洞中超99%的空隙由空氣填充。”沈曉冬教授介紹說，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，因此導熱能力變弱，成了隔熱“明星”。

“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告訴記者。如何提高氧化硅氣凝膠材料高溫結構穩定性，沈曉冬教授提出了用陶瓷做基材的新創意，在用陶瓷作為基材加固的過程中，空隙里產生了酒精。但實驗表明，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。”沈曉冬教授形象地介紹道，潮濕的衣服表面水分自帶張力，衣服脫水（干燥）后表面的張力隨水分消失而消失。

如何有效地保護氣凝膠內部薄如蟬翼的網狀結構？用氣體填充，成為一個大膽的設想。經過大量的實驗，專家發現，干燥釜（一種干燥設備）內的二氧化碳在特定溫度和壓力，即超臨界狀態下會同時擁有液態或氣態特征。于是，研究團隊利用這一特點，在超臨界狀態下“秒”抽酒精，由空氣代替酒精入駐孔隙，保護凝膠的網狀結構。

“這個大膽的設想成功了。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開心地介紹說，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”。

今年5月，沈曉冬團隊研發的耐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，也取得了良好的社會效益和經濟效益。

沈曉冬教授表示，氣凝膠技術還有無限大的市場空間，作為研究者，他們還必須奮力攀登，齊心助力氣凝膠生產向“國際化”轉變。