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“氣凝膠”，當之無愧的全能型選手，看它在不同領域節能降耗的應用 .

文章來源：賢集網更新時間：2024-08-14 16:08:04

在全球追求可持續發展和節能減排的大背景下，氣凝膠作為一種具有卓越性能的材料，正逐漸在各個領域大顯身手。其獨特的結構和特性使其成為節能降耗的理想選擇，為解決能源消耗和環境問題提供了創新的解決方案。

一、氣凝膠的特性揭秘

氣凝膠，這一被譽為“改變世界的神奇材料”，擁有諸多令人矚目的特性。它具有極高的孔隙率，就如同一個由無數微小空間構成的立體網絡。其密度極低，甚至比空氣還要輕。同時，氣凝膠的熱導率極低，這意味著它具有極佳的隔熱性能，能夠有效阻止熱量的傳遞。

例如，浙江大學科研團隊研制的“全碳氣凝膠”，密度僅為空氣的17%，即每立方厘米1.6毫克。這種超輕氣凝膠的出現，刷新了目前世界上最輕材料的紀錄。

二、氣凝膠在新能源汽車領域的應用

提升電池安全性能

新能源汽車領域正迅速崛起，而氣凝膠玻纖氈復合材料成為保障其安全的關鍵。這種材料的高溫耐受溫度超過800℃，能有效解決三元電池的安全痛點。當車載電池長時間輸出電能后，電池內部化學反應會使電池明顯發熱，存在燃燒、爆炸風險。傳統芯模組采用的塑料隔板，不僅重量大，且無法起到良好的保護作用。現有的防護氈結構簡單，易變形，不能與電池組全面接觸，隔熱效果欠佳。而氣凝膠復合材料作為阻燃材料，具有質輕、阻燃性能優異、環保性能好等優點。在鋰離子動力電池芯發生撞擊短路或過充電發熱自燃的情況下，氣凝膠玻纖氈復合材料可以隔離耐受故障電池芯瞬間釋放的高溫能量，更好地解決動力電池安全問題。

優化隔熱與隔音效果

SiO2氣凝膠與 ePTFE 膜結合形成的復合材料具備優秀的隔熱支撐、緩沖及隔音作用。目前，一款 SiO2氣凝膠與 ePTFE 膜復合材料已被應用于上汽大眾途昂車型，用于汽車隔熱保溫箱體以及消費電子內置芯片中，實現了多方面的性能提升。

三、氣凝膠在能源化工領域的節能表現

能化領域是氣凝膠材料目前的主要應用市場之一。氣凝膠復合材料對重大輸氣輸油工程的管道能夠起到高度隔熱防護功效，它可以在極低的溫度環境中無凍裂，還能長期暴露在戶外照射的紫外線下工作20多年而不老化。這使得需要隔熱隔音的工程造價降低，且能長期免維護。

例如，在華北能源企業客戶的 80t/h 高壓蒸汽（9.5MPa，540℃）管道（DN175）保溫項目中，采用氣凝膠絕熱氈進行保溫改造后，大大減少了散熱面積和熱損失量。華東某石化企業的高壓蒸汽管道項目，主管道 DN500，蒸汽溫度 420℃，采用[厚度數值]mm 氣凝膠絕熱氈以及氣凝膠管殼進行保溫改造后，保溫效果良好，并數倍延長了保溫周期。

在工業能耗中，高溫管道、窯爐等設備的熱損耗巨大。氣凝膠復合材料的應用，實現了能耗顯著降低、輸送范圍延長，同時減小了保溫層厚度、節約了空間。

四、氣凝膠助力綠色建筑的發展

建筑施工部門的能源使用占世界總能耗和溫室氣體排放的很大比例，發展綠色建筑市場空間廣闊，而氣凝膠在此領域的應用潛力巨大。

氣凝膠混凝土是以氣凝膠顆粒或粉末為主要成分的超輕質混凝土體系，其主要目的是將混凝土的高強度性能與氣凝膠的良好隔熱性能相結合。氣凝膠混凝土具有較高的抗壓強度和相當的導熱系數，適用于多層建筑外墻的建造，無需額外的隔熱措施。

數據顯示，2mm 厚的氣凝膠中涂，可等效替換 35mm 的保溫砂漿、或 20mm 厚的巖棉板、或 15mm 厚的擠塑聚苯板。相同效果下，2mm 氣凝膠中涂對比 35mm 保溫砂漿，厚度減少 95%，重量減輕 90%，大大降低了因保溫層過重造成脫落的風險。

氣凝膠隔熱材料可以通過隔熱屋頂空腔，實現冬天保暖、夏天涼爽的效果。其良好的防潮性能使其成為潮濕墻壁的理想解決方案。熱效率高、壓縮強度高和外形薄的特點，也使其成為一種有吸引力的地板下隔熱層，安裝簡便且節能效果顯著。

通過模擬太陽光照射實驗發現，使用氣凝膠反射隔熱體系的模型，在照射 5min 后，室內溫度上升緩慢，比使用普通涂裝體系的室內溫度低 8℃。這得益于氣凝膠僅為 0.012～0.024W/(m·K)甚至更低的超低導熱系數。

五、氣凝膠在航空航天領域的貢獻

氣凝膠在航空航天領域的應用由來已久。1997 年，美國首次在火星探測器上應用了氣凝膠材料。因其具有優異的熱絕緣性能，將其加入隔熱罩中，能夠有效保護內部的科學儀器。

同時，氣凝膠材料在實現隔熱功能的基礎上還能保暖。美國國家宇航局曾在 2002 年用氣凝膠制作宇航服，在保證安全性的前提下，大幅度減輕了重量，提升了宇航員的舒適度。

我國的“祝融號”火星車表面也采用了中國航天科工三院 306 所研發的低溫納米氣凝膠材料，保障火星車在超低溫度環境下正常工作，且幾乎不會增加火星車的載荷。

我國氣凝膠下游應用中，油氣項目占比約 56%，工業隔熱占 18%，建筑制造占 9%。氣凝膠在工業板塊的應用，不僅有學術論文或研究的支持，更有中石化、中石油等頭部企業用氣凝膠更換管線保溫材料的實踐證實。

隨著技術的不斷進步和成本的逐漸降低，氣凝膠在更多領域的應用前景將更加廣闊。它將繼續為各個行業的節能降耗做出重要貢獻，助力實現全球可持續發展的目標。未來，我們或許會看到氣凝膠在更多意想不到的領域發揮其獨特的作用，為人類創造更多的價值和可能。

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