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“氣凝膠”，當(dāng)之無(wú)愧的全能型選手，看它在不同領(lǐng)域節(jié)能降耗的應(yīng)用 .
文章來(lái)源：賢集網(wǎng)     更新時(shí)間：2024-08-14 16:08:04
在全球追求可持續(xù)發(fā)展和節(jié)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(gè)領(lǐng)域大顯身手。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和特性使其成為節(jié)能降耗的理想選擇，為解決能源消耗和環(huán)境問(wèn)題提供了創(chuàng)新的解決方案。



一、氣凝膠的特性揭秘



氣凝膠，這一被譽(yù)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(gè)由無(wú)數(shù)微小空間構(gòu)成的立體網(wǎng)絡(luò)。其密度極低，甚至比空氣還要輕。同時(shí)，氣凝膠的熱導(dǎo)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(xué)科研團(tuán)隊(duì)研制的“全碳?xì)饽z”，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(xiàn)，刷新了目前世界上最輕材料的紀(jì)錄。



二、氣凝膠在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用



提升電池安全性能



新能源汽車(chē)領(lǐng)域正迅速崛起，而氣凝膠玻纖氈復(fù)合材料成為保障其安全的關(guān)鍵。這種材料的高溫耐受溫度超過(guò)800℃，能有效解決三元電池的安全痛點(diǎn)。當(dāng)車(chē)載電池長(zhǎng)時(shí)間輸出電能后，電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)會(huì)使電池明顯發(fā)熱，存在燃燒、爆炸風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)芯模組采用的塑料隔板，不僅重量大，且無(wú)法起到良好的保護(hù)作用?，F(xiàn)有的防護(hù)氈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(fù)合材料作為阻燃材料，具有質(zhì)輕、阻燃性能優(yōu)異、環(huán)保性能好等優(yōu)點(diǎn)。在鋰離子動(dòng)力電池芯發(fā)生撞擊短路或過(guò)充電發(fā)熱自燃的情況下，氣凝膠玻纖氈復(fù)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(dòng)力電池安全問(wèn)題。



優(yōu)化隔熱與隔音效果



SiO2氣凝膠與 ePTFE 膜結(jié)合形成的復(fù)合材料具備優(yōu)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(fù)合材料已被應(yīng)用于上汽大眾途昂車(chē)型，用于汽車(chē)隔熱保溫箱體以及消費(fèi)電子內(nèi)置芯片中，實(shí)現(xiàn)了多方面的性能提升。



三、氣凝膠在能源化工領(lǐng)域的節(jié)能表現(xiàn)



能化領(lǐng)域是氣凝膠材料目前的主要應(yīng)用市場(chǎng)之一。氣凝膠復(fù)合材料對(duì)重大輸氣輸油工程的管道能夠起到高度隔熱防護(hù)功效，它可以在極低的溫度環(huán)境中無(wú)凍裂，還能長(zhǎng)期暴露在戶(hù)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(jià)降低，且能長(zhǎng)期免維護(hù)。



例如，在華北能源企業(yè)客戶(hù)的 80t/h 高壓蒸汽（9.5MPa，540℃）管道（DN175）保溫項(xiàng)目中，采用 氣凝膠絕熱氈進(jìn)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(yè)的高壓蒸汽管道項(xiàng)目，主管道 DN500，蒸汽溫度 420℃，采用[厚度數(shù)值]mm 氣凝膠絕熱氈以及氣凝膠管殼進(jìn)行保溫改造后，保溫效果良好，并數(shù)倍延長(zhǎng)了保溫周期。



在工業(yè)能耗中，高溫管道、窯爐等設(shè)備的熱損耗巨大。氣凝膠復(fù)合材料的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了能耗顯著降低、輸送范圍延長(zhǎng)，同時(shí)減小了保溫層厚度、節(jié)約了空間。



四、氣凝膠助力綠色建筑的發(fā)展



建筑施工部門(mén)的能源使用占世界總能耗和溫室氣體排放的很大比例，發(fā)展綠色建筑市場(chǎng)空間廣闊，而氣凝膠在此領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。



氣凝膠混凝土是以氣凝膠顆?；蚍勰橹饕煞值某p質(zhì)混凝土體系，其主要目的是將混凝土的高強(qiáng)度性能與氣凝膠的良好隔熱性能相結(jié)合。氣凝膠混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度和相當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱系數(shù)，適用于多層建筑外墻的建造，無(wú)需額外的隔熱措施。



數(shù)據(jù)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(duì)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(guò)重造成脫落的風(fēng)險(xiǎn)。



氣凝膠隔熱材料可以通過(guò)隔熱屋頂空腔，實(shí)現(xiàn)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(qiáng)度高和外形薄的特點(diǎn)，也使其成為一種有吸引力的地板下隔熱層，安裝簡(jiǎn)便且節(jié)能效果顯著。



通過(guò)模擬太陽(yáng)光照射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用氣凝膠反射隔熱體系的模型，在照射 5min 后，室內(nèi)溫度上升緩慢，比使用普通涂裝體系的室內(nèi)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(dǎo)熱系數(shù)。



五、氣凝膠在航空航天領(lǐng)域的貢獻(xiàn)



氣凝膠在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用由來(lái)已久。1997 年，美國(guó)首次在火星探測(cè)器上應(yīng)用了氣凝膠材料。因其具有優(yōu)異的熱絕緣性能，將其加入隔熱罩中，能夠有效保護(hù)內(nèi)部的科學(xué)儀器。



同時(shí)，氣凝膠材料在實(shí)現(xiàn)隔熱功能的基礎(chǔ)上還能保暖。美國(guó)國(guó)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(guó)的“祝融號(hào)”火星車(chē)表面也采用了中國(guó)航天科工三院 306 所研發(fā)的低溫納米氣凝膠材料，保障火星車(chē)在超低溫度環(huán)境下正常工作，且?guī)缀醪粫?huì)增加火星車(chē)的載荷。



我國(guó)氣凝膠下游應(yīng)用中，油氣項(xiàng)目占比約 56%，工業(yè)隔熱占 18%，建筑制造占 9%。氣凝膠在工業(yè)板塊的應(yīng)用，不僅有學(xué)術(shù)論文或研究的支持，更有中石化、中石油等頭部企業(yè)用氣凝膠更換管線保溫材料的實(shí)踐證實(shí)。



隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的逐漸降低，氣凝膠在更多領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。它將繼續(xù)為各個(gè)行業(yè)的節(jié)能降耗做出重要貢獻(xiàn)，助力實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。未來(lái)，我們或許會(huì)看到氣凝膠在更多意想不到的領(lǐng)域發(fā)揮其獨(dú)特的作用，為人類(lèi)創(chuàng)造更多的價(jià)值和可能。

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