隔熱材料的案例
一種具有疏水性、可修復和可回收的多功能隔熱復合材料
來源 | Small
01
背景介紹
輕質(zhì)隔熱材料對于運輸和儲存溫度敏感的物品、電子設備熱管理、優(yōu)化建筑物內(nèi)部的舒適性至關重要。常用的商業(yè)絕緣隔熱材料包括聚合物基隔熱泡沫，如膨脹聚苯乙烯(EPS)和膨脹聚乙烯(EPE)。諸如此類的塑料是造成碳排放的核心因素之一，占全球碳排放量的15%。因此，利用天然可生物降解的聚合物制造高度可持續(xù)和節(jié)能的材料可以最大限度地減少對化石燃料的依賴，并抑制人類活動產(chǎn)生的溫室氣體排放。
木材是一種綠色環(huán)保的材料，具有可再生性和豐富的可用性，它的層狀結構和定向纖維排列使其重量輕，具有各向異性機械強度。基于木材制備的隔熱材料，如透明木材和木材氣凝膠已得到了大量研究。為了最大限度地減少固體的貢獻并增強孔隙結構的彎曲性，所有木質(zhì)素和部分半纖維素都通過化學處理從木材中去除，這減少了木材內(nèi)固體和氣體的傳導。
然而，化學預處理木質(zhì)素脫除策略能耗高，制造過程復雜，經(jīng)濟效益低。在環(huán)境條件下，活細胞可以從有機或無機基質(zhì)中制造化學物質(zhì)、藥物和復雜分子。例如，活細胞可以在有機物中定植，產(chǎn)生具有特定功能的水塑、生物支架和細菌纖維素。真菌是一類生長在有機基質(zhì)上的活細胞，它分泌一系列酶，將纖維素等復雜成分分解成易于吸收的營養(yǎng)物質(zhì)分子。
真菌子實體和菌絲已被制成納米彈性材料，其抗拉強度可達36.6 MPa，彈性模量可達8.0 GPa。但是，仍然需要物理和化學后處理方法。最近，通過直接將真菌定植在木質(zhì)纖維素材料上，開發(fā)了天然復合材料。菌絲通過在基質(zhì)顆粒之間建立穩(wěn)定的網(wǎng)狀結構并穿透細胞壁來調(diào)節(jié)基質(zhì)的自組裝，從而形成具有確定形狀和強度的多孔材料。因此，開發(fā)一種不經(jīng)化學處理而具有優(yōu)異機械性能的輕質(zhì)保溫菌絲復合材料是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。
展開 航天特種材料及工藝技術研究所《ACS AMI》：結構穩(wěn)健的耐1400℃ 陶瓷納米棒氣凝膠隔熱材料
第一作者：張恩爽
通訊作者：張昊 研究員，李文靜 研究員
第一單位：航天特種材料及工藝技術研究所
DOI：10.1021/acsami.1c02501
在國家自然科學基金(52075510)的支持下，航天特種材料及工藝技術研究所張昊團隊在耐高溫氣凝膠隔熱材料方面取得新進展。在過去近10年時間里，該團隊先后開發(fā)出耐650℃和耐1200℃氣凝膠為代表的高性能氣凝膠隔熱材料。本文中，作者針對航空航天領域?qū)Ω咝阅堋⒛?400℃以上氣凝膠隔熱材料的使用需求，設計和制備了一種氧化鋁納米棒，并通過將氧化鋁納米棒與二氧化硅納米顆粒的組裝和退火過程，實現(xiàn)了耐1400℃氣凝膠材料的制備。一方面，納米棒一維單元克服了傳統(tǒng)珍珠項鏈狀氣凝膠骨架的弱點，克服高表面能帶來的燒結問題；另一方面，得益于納米棒的自支撐作用，熱處理過程使合適的硅鋁組分在高溫下生成了耐高溫的莫來石相，并保持三維網(wǎng)絡骨架結構，最終使得該材料耐溫性突破了1400℃。相關研究成果以題為“Insulating and Robust Ceramic Nanorods Aerogels with High-Temperature Resistance over 1400 ℃”發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上，論文第一作者為張恩爽博士，張昊研究員和李文靜研究員為論文的共同通訊作者。航天特種材料及工藝技術研究所為第一單位。
陶瓷氣凝膠具有耐高溫、抗氧化及熱導率低等特點，尤其是在極端條件下具有良好的隔熱性能。然而，大多數(shù)陶瓷氣凝膠是由氧化物陶瓷納米顆粒構成的，在高溫(高于1200℃)下往往存在脆性和結構坍塌的問題。
展開 研究 \\ 冷凍鑄造技術定向制備氮化硼復合隔熱氣凝膠材料
為了緩解這種情況，有必要開發(fā)利用零能耗的隔熱材料。
目前，室內(nèi)熱舒適主要通過建造具有保溫性能的建筑圍護結構來實現(xiàn)。這些隔熱結構通常采用低導熱系數(shù)的材料，可以減少建筑物外部和內(nèi)部之間的熱交換，或者采用高反射涂層，可以最大限度地減少從陽光中吸收的熱量進入建筑物。礦棉、木纖維、玻璃纖維、多孔芳綸纖維和市售的膨脹隔熱泡沫等聚苯乙烯(EPS)和聚氨酯(PU)泡沫是用于保溫的常規(guī)材料。然而，它們的導熱系數(shù)高于空氣，從而限制了它們的應用。
三維(3D)多孔氣凝膠由于其低密度和高孔隙率而被設想為潛在的絕緣材料。其中常用的是陶瓷基氣凝膠和聚合物基氣凝膠。另一方面，聚合物氣凝膠比硅基氣凝膠具有更高的延展性，但其導熱系數(shù)通常高于空氣。目前隔熱材料通常用于降低建筑物的能源消耗。大多數(shù)商用產(chǎn)品在白天的熱導率低，絕緣性能差，太陽光反射率和熱發(fā)射率小。在同一種材料中實現(xiàn)所有特性是非常具有挑戰(zhàn)性的。
02
成果掠影
近期，香港科技大學Jang-Kyo Kim聯(lián)合香港理工大學沈曦教授在隔熱氣凝膠材料方面的研究取得新進展。該團隊采用單向冷凍鑄造技術制備了各向異性氮化硼納米片(BNNs)/聚乙烯醇復合氣凝膠。與傳統(tǒng)SiO2或Al2O3基氣凝膠中相互連接的各向同性納米顆粒形成的開孔結構不同，二維BNNS可以將氣凝膠分隔成獨立的細胞，有效減少空氣傳導和對流，從而實現(xiàn)超低導熱。得益于BNNs排列的多孔結構，具有最佳BNNS含量的復合氣凝膠在具有20.3 W/mK的超低導熱系數(shù)。此外，BNNS還具有高的折射率，遠高于傳統(tǒng)的SiO2(~1.47)和Al2O3(~1.77)納米粒子。
展開 高性能氣凝膠隔熱材料、石墨烯、液態(tài)金屬等入選！
近日，工業(yè)和信息化部、國務院國資委發(fā)布“關于印發(fā)前沿材料產(chǎn)業(yè)化重點發(fā)展指導目錄（第一批）的通知”，本批指導目錄收錄了15種前沿材料，其中高性能氣凝膠隔熱材料、石墨烯、液態(tài)金屬列入其中。
前沿材料代表新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向與趨勢，具有先導性、引領性和顛覆性，是構建新的增長引擎的重要切入點。據(jù)了解，本次列入目錄材料是已有相應研究成果，具備工程化產(chǎn)業(yè)化基礎，有望率先批量產(chǎn)業(yè)化的前沿材料。相關企業(yè)可以結合實際積極開展技術創(chuàng)新、應用探索和產(chǎn)業(yè)布局。
END
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展開 
兩種不同熱障涂層材料的隔熱特性研究
由此得出，隨著涂層厚度的增加，樹脂填充熱障涂層隔熱性能越明顯，其隔熱性能優(yōu)于氧化鋯熱障涂層，在樹脂填充熱障涂層厚度為2mm時具有較優(yōu)的隔熱能力。
3 結論
通過數(shù)值仿真和試驗測試的方法研究了兩種不同涂層材料在不同涂層厚度下的耐高溫隔熱特性，由兩種熱障涂層的仿真結果可以得出如下結論：
（1）鋼板的最高溫度隨著隔熱涂層厚度的增加而降低，涂層隔熱能力隨著隔熱涂層厚度的增加而增加。
（2）隔熱特性和涂層材料的物理特性密切相關，熱導率越低，隔熱性能越明顯。鋼板最高溫度相對于無隔熱涂層時的溫差系數(shù)隨著厚度的增加而升高，涂層每增加 1mm，樹脂填充熱障涂層對隔熱性能的貢獻明顯優(yōu)于氧化鋯熱障涂層，前者具有較高的隔熱經(jīng)濟效益。
來源：《航空科學技術》作者：齊廣峰 張恒超 賀濤 付艷麗
展開 一種具有優(yōu)異力學性能的氣凝膠纖維隔熱材料
來源 | ACS Nano
01
背景介紹
氣凝膠纖維是一類典型的新材料，由于其具有高孔隙率、低導熱性和低密度等優(yōu)異特性，近年來受到越來越多的關注。這些特性為納米多孔氣凝膠纖維在隔熱、可穿戴織物、電磁屏蔽、傳熱裝置等領域的應用提供了廣闊的前景。但是，高孔隙率使得納米多孔氣凝膠纖維本能地表現(xiàn)出較差的力學性能。然而，要克服納米多孔氣凝膠纖維因其高孔隙率而帶來的脆弱力學特性，以便賦予其卓越的強度和高韌性，仍然是一個充滿挑戰(zhàn)性的難題。通過定向致密化和碳化，具有優(yōu)先構建塊取向的層狀芳綸納米纖維/碳納米管雜化氣凝膠膜的機械強度和電導率都得到了顯著提高此外，相對于孔隙隨機分布的纖維素氣凝膠，具有高各向異性的纖維素塊狀氣凝膠經(jīng)定向冷凍干燥后的力學性能得到了顯著提高。因此，納米多孔氣凝膠纖維的納米結構取向排列可能是獲得更好的力學性能的有效途徑。
02
成果掠影
近期，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張學同研究員針對要克服納米多孔氣凝膠纖維因其高孔隙率而帶來的脆弱力學特性的問題取得最新進展。該文報道了超韌氣凝膠纖維(SAFs)最初是由離子液體解離纖維素通過濕紡絲和超臨界干燥順序開始制備的。所制得的纖維素納米多孔氣凝膠纖維具有卓越的性能，包括高比表面積(372 m2 /g)、良好的機械強度(30 MPa)和高伸長率(107%)。得益于其高強度和伸長率，合成的纖維素納米多孔氣凝膠纖維顯示出高達21.85 MJ/m3的超高韌性，遠遠優(yōu)于文獻中已知的氣凝膠材料。
展開 技術研究 | 烘箱狀態(tài)對聚丙烯材料熱氧老化性能的影響研究
熱電偶線對12個區(qū)域進行溫度監(jiān)測，示意圖如圖1所示；
圖1烘箱不同位置的溫度監(jiān)測示意圖
12個區(qū)域樣品表面的溫度值如表5所示；
結果顯示：采用溫度采集器對烘箱的12個區(qū)域樣品表面的溫度進行實時檢測，結果表明：通過熱電偶探溫發(fā)現(xiàn)，12個區(qū)域的溫度存在一定的差別，最高溫度為第三層第1區(qū)域，最低溫度出現(xiàn)在第三層第4區(qū)域，最高溫最低溫差值為1.7℃；
對于放置在12個區(qū)域的PP樣品老化500h后測試拉伸性能，結果如表6所示；
根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)可知：拉伸性能并非與老化溫度呈現(xiàn)對稱的變化規(guī)律，最大值出現(xiàn)在第一層第1區(qū)域及第二層第2區(qū)域 ，最小值出現(xiàn)在第二層第3區(qū)域，是否與區(qū)域內(nèi)的含氧量有關，這一問題仍需進一步實驗進行考證；
1.2.3隔熱材料對熱氧老化性能的影響
采用鋪墊隔熱材料和不鋪墊任何材料對PP樣品老化500h后的力學性能進行了測試，鋪墊隔熱材料和不鋪墊隔熱材料的圖片如2所示；
圖2 鋪墊隔熱材料和不鋪墊隔熱材料
不鋪墊材料樣品拉伸性能測試結果如表7所示；
不鋪墊材料樣品拉伸性能測試結果如表8所示；
根據(jù)以上結果可知：鋪墊隔熱材料老化500h后的樣品性能要比不鋪任何材料樣品老化后的性能稍好；這主要是由于鋪墊隔熱材料后，樣品在老化過程中底部受熱要比沒有鋪墊材料差一些，導致樣品老化的速率變慢，性能保持的更好；不鋪隔熱材料的老化樣品性能稍差的原因可能與樣品直接接觸金屬，在高溫下金屬催化高分子材料降解有關。
2.結論
本文從設備自身及輔助設施的角度對于三種不同情況對聚丙烯材料熱氧老化性能的影響進行了研究。
展開 一種用于隔熱的輕質(zhì)、柔性氣凝膠復合材料
由于具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和機械性能，廣泛選擇碳纖維、石英纖維(QF)和莫來石纖維與PRAs結合制成熱防護復合材料。其中，NASA開發(fā)的酚醛浸漬碳燒蝕劑(PICA)是一種典型的輕質(zhì)熱防護燒蝕復合材料。由于其重量輕、導熱系數(shù)低、熱穩(wěn)定性好，它已被用于美國宇航局的火星探測、“星塵號”返航和SpaceX的“龍”太空艙等任務。隨著航空航天工業(yè)的空前快速發(fā)展，PICA的剛性和脆性帶來了失效應變低、縫縫繁瑣、對冷結構適應性低等問題，嚴重制約了剛性PICA的實際應用。因此，迫切需要進一步開發(fā)輕質(zhì)、柔韌、隔熱的復合材料。
02
成果掠影
近日，哈爾濱工業(yè)大學張幸紅與洪長青團隊針對開發(fā)輕質(zhì)、柔韌、隔熱的復合材料取得最新進展。該文報告了一種均勻的化學鍵合策略，用于制造具有良好燒蝕隔熱性能的輕質(zhì)柔性纖維增強酚醛樹脂氣凝膠FRPRA。酚醛樹脂氣凝膠基質(zhì)與酚醛纖維增強材料的相容性提高了材料的可壓縮性(循環(huán)應變?yōu)?0%)和可彎曲性(循環(huán)應變?yōu)?0%)以及燒蝕過程中的結構穩(wěn)定性。此外，低堆積密度和導熱系數(shù)分別為0.20 g/cm3和0.043 W/mK，使復合材料具有高效的保溫能力。使用8mm厚的襯墊，可以將200℃的溫度降低到70.6℃，通過與Al面板結合，可以將1200℃左右的溫度偽裝到78℃。基于其可彎曲性，該材料還可實現(xiàn)600°C的保形隱身。因此，該復合材料在靜態(tài)和動態(tài)絕熱方面都具有應用潛力。
展開 文獻速覽第4期-隔熱保溫氣凝膠材料
總結：該文研究基于跨維度、跨尺度的結構適配工作原理，該有機無機納米復合SCQs在環(huán)境壓力干燥過程中具有快速結構回復能力，為氣凝膠材料的低成本規(guī)模化制備奠定基礎。另一方面，該氣凝膠具有優(yōu)異的絕熱性能，熱導率值低至17.4 mW/mK，遠低于理想的絕熱體-靜止的空氣，與目前航天用隔熱材料-多層隔熱氈相比，不僅具有更優(yōu)異的耐熱性能，而且在一個大氣壓或稀薄氣壓環(huán)境均具有更優(yōu)異的隔熱性能。
抽象：Thermal protection under extreme conditions requires materials with excellent thermal insulation properties and exceptional mechanical properties to withstand a variety of complex external stresses. Mesoporous silica aerogels are the most widely used insulation materials due to their ultralow thermal conductivity. However, they still suffer from mechanical fragility and structural instability in practical applications. Herein, a nacre-mimetic nanocomposite aerogel, synthesized via in situ growth of inorganic minerals in a lamellar cellulose nanofibrous network, is reported.
展開 焦爐用主要耐火材料簡介
（2）中溫隔熱材料：使用溫度為900~1200℃，如硅藻土磚、輕質(zhì)粘土磚等。
（3）高溫隔熱材料：使用溫度高于1200℃，如高鋁質(zhì)輕質(zhì)隔熱磚、漂珠磚、輕質(zhì)硅磚等。
輕質(zhì)粘土磚是以粘土為原料，加入一定比例（30%~35%）的木屑燒制而成的粘土磚，其有多種牌號，體積密度為0.4~1.3g/cm3，耐火度為1670~1710℃。
硅藻土磚是以硅藻土為原料的制品，其中可加入一定量的可燃物，增大制品的氣孔率，提高隔熱能力。硅藻土磚只能用于1000℃以下部位，溫度過高時其會收縮和熔化。硅藻土磚按理化指標也可分成幾個級別。它們的體積密度為0.5~0.7g/cm3，耐火度為1280℃，顯氣孔率為73%~78%，耐壓強度為0.5~1.1Mpa。制品尺寸有250mm×123mm×65mm和230mm×113mm×65mm兩種規(guī)格。
硅藻土分生料和熟料兩種。前者用于砌磚和保溫層抹面，后者用作保溫層填料。
石棉繩是由石棉紗、線（或金屬絲）制成，按形狀及編織方式分為石棉扭繩、石棉編繩和石棉方繩。石棉板是用石棉和粘結材料制成的板材。
其他隔熱材料，如礦渣棉、蛭石（含水黑云母）和珍珠巖等，都是含有很多細小氣孔的材料。氣孔愈多愈小，其導熱系數(shù)愈低。以珍珠巖、蛭石、輕質(zhì)粘土磚塊作骨料，以水泥、水玻璃、磷酸等作膠凝材料，以粘土粉、陶粒粉作摻合料，還可制成各種輕質(zhì)耐熱混凝土，用作隔熱材料。
展開 我國隔熱保溫涂料發(fā)展趨勢分析
國際上將節(jié)能工程視為“第五能源”，同石油、煤、天然氣和電力并列五大常規(guī)能源，而節(jié)能的最主要措施之一就是發(fā)展和應用保溫隔熱材料，特別是液態(tài)隔熱保溫材料-耐高溫ZS-1隔熱保溫涂料廣泛應用。使用隔熱材料能夠有效減少熱損失，節(jié)約燃料提高生產(chǎn)，同時可以改善勞動環(huán)境，保證安全生產(chǎn)，提高工效和企業(yè)效益。
保溫材料是一種減緩由傳導、對流、輻射產(chǎn)生的熱流速率的材料或復合材料。由于材料的高熱阻，保溫材料阻礙熱流進出建筑物。隔熱保溫材料一般是指導熱系數(shù)小于或等于0.2W/M.K的材料。在工業(yè)和建筑中采用良好的隔熱保溫技術與材料，往往可以起到事半功倍的效果。建筑中每使用一噸礦物棉絕熱制品，一年可節(jié)約一噸石油。工業(yè)設備和管道的保溫，采用良好的絕熱措施和材料，涂刷ZS-1耐高溫隔熱保溫涂料，管道熱量散失減少70%以上，可顯著降低生產(chǎn)能耗和成本，改善環(huán)境，同時有較好的經(jīng)濟效益。保溫材料產(chǎn)品種類很多，包括氣凝膠氈、泡沫塑料、礦物棉制品、ZS隔熱保溫涂料、泡沫玻璃、膨脹珍珠巖絕熱制品、膠粉EPS顆粒保溫漿料、礦物噴涂棉、發(fā)泡水泥保溫制品，無機保溫材料。
隨著工業(yè)化的發(fā)展和人口的急劇增加，環(huán)保和節(jié)能已經(jīng)成為全社會共同關注的問題。發(fā)展日益加快的現(xiàn)代隔熱保溫材料以其良好的保溫節(jié)能性能，適應了這一形勢發(fā)展的需要。十分可喜的是現(xiàn)代隔熱保溫材料不斷推陳出新，特別是志盛威華推出耐溫2000℃的耐高溫隔熱保溫涂料，型號ZS-1，并掀起了隔熱保溫推廣熱潮，在石油、化工、冶煉、醫(yī)藥、航天、建筑、交通、電力等部門的設備、管道以及工業(yè)和民用建筑方面得到了廣泛的應用。
展開 
我國隔熱保溫涂料發(fā)展趨勢分析
國際上將節(jié)能工程視為“第五能源”，同石油、煤、天然氣和電力并列五大常規(guī)能源，而節(jié)能的最主要措施之一就是發(fā)展和應用保溫隔熱材料，特別是液態(tài)隔熱保溫材料-耐高溫ZS-1隔熱保溫涂料廣泛應用。使用隔熱材料能夠有效減少熱損失，節(jié)約燃料提高生產(chǎn)，同時可以改善勞動環(huán)境，保證安全生產(chǎn)，提高工效和企業(yè)效益。
保溫材料是一種減緩由傳導、對流、輻射產(chǎn)生的熱流速率的材料或復合材料。由于材料的高熱阻，保溫材料阻礙熱流進出建筑物。隔熱保溫材料一般是指導熱系數(shù)小于或等于0.2W/M.K的材料。在工業(yè)和建筑中采用良好的隔熱保溫技術與材料，往往可以起到事半功倍的效果。建筑中每使用一噸礦物棉絕熱制品，一年可節(jié)約一噸石油。工業(yè)設備和管道的保溫，采用良好的絕熱措施和材料，涂刷ZS-1耐高溫隔熱保溫涂料，管道熱量散失減少70%以上，可顯著降低生產(chǎn)能耗和成本，改善環(huán)境，同時有較好的經(jīng)濟效益。保溫材料產(chǎn)品種類很多，包括氣凝膠氈、泡沫塑料、礦物棉制品、ZS隔熱保溫涂料、泡沫玻璃、膨脹珍珠巖絕熱制品、膠粉EPS顆粒保溫漿料、礦物噴涂棉、發(fā)泡水泥保溫制品，無機保溫材料。
隨著工業(yè)化的發(fā)展和人口的急劇增加，環(huán)保和節(jié)能已經(jīng)成為全社會共同關注的問題。發(fā)展日益加快的現(xiàn)代隔熱保溫材料以其良好的保溫節(jié)能性能，適應了這一形勢發(fā)展的需要。十分可喜的是現(xiàn)代隔熱保溫材料不斷推陳出新，特別是志盛威華推出耐溫2000℃的耐高溫隔熱保溫涂料，型號ZS-1，并掀起了隔熱保溫推廣熱潮，在石油、化工、冶煉、醫(yī)藥、航天、建筑、交通、電力等部門的設備、管道以及工業(yè)和民用建筑方面得到了廣泛的應用。
展開 “麒麟”落地，也會用到這些材料
鋰電池導熱膠和隔熱膠性能需求。來源：博詹咨詢，中信證券
隔熱需求：導熱不暢情況下，過高的溫度易導致冒煙、起火、爆炸等危險，需要在良好隔熱條件的基礎上保證阻燃效果。而平衡電池效率與熱安全保護，需防止單體熱擴散。為了防止電池單體自燃擴散至整個動力電池包，廠商一般通過控制影響（如隔熱）和保持溫度（如泄壓、散熱）兩方面解決。
預防階段，隔熱材料通過減少外部溫差變化對電池的影響，從源頭減少熱失控事故；事故發(fā)生時，隔熱材料可以減緩電芯爆燃散發(fā)熱量對臨近電芯以及整車的影響，為乘客爭取逃生時間，最小化熱失控事故的影響。
目前隔熱材料主要以氣凝膠墊、硅橡膠（陶瓷化）、阻燃泡棉、云母板為主，而有機硅因高耐熱性，高彈性和成本合理或?qū)⒊蔀橹髁鳌Ｓ捎诓煌螤铍娦镜呐蛎浡省⒈缺砻娣e、熱失控難易程度不同，不同公司采用不同防火隔熱材料進行隔熱處理。
各個企業(yè)膠粘劑代表性解決方案。來源：公司公告，中信證券
2020年以來，寧德時代、中創(chuàng)新航、比亞迪等動力鋰電池廠商紛紛應用氣凝膠氈等材料提升電池包的熱防控性能。主機廠也積極參與到電池PACK設計中，在隔熱阻燃材料方面提出新的技術方案，如上汽榮威應用的“防火罩”產(chǎn)品。
動力電池熱管理隔熱材料對比。來源：GGII，中信證券
保溫需求：低溫下，電池的電化學反應速率和反應深度降低，從而導致電池容量下降，動力電池宏觀表現(xiàn)出冬季環(huán)境下電動汽車“虧電”現(xiàn)象。
05
CTP技術下的熱管理
從熱管理的角度來看，基于模組化的電池包通常使用至少兩種熱界面材料(TIM)或“填縫膠”(GF)。在液冷板的幫助下，兩種填縫膠有助于調(diào)節(jié)模組的溫度，確保安全高效的性能。
展開 “麒麟”落地，也會用到這些材料
鋰電池導熱膠和隔熱膠性能需求。來源：博詹咨詢，中信證券
隔熱需求：導熱不暢情況下，過高的溫度易導致冒煙、起火、爆炸等危險，需要在良好隔熱條件的基礎上保證阻燃效果。而平衡電池效率與熱安全保護，需防止單體熱擴散。為了防止電池單體自燃擴散至整個動力電池包，廠商一般通過控制影響（如隔熱）和保持溫度（如泄壓、散熱）兩方面解決。
預防階段，隔熱材料通過減少外部溫差變化對電池的影響，從源頭減少熱失控事故；事故發(fā)生時，隔熱材料可以減緩電芯爆燃散發(fā)熱量對臨近電芯以及整車的影響，為乘客爭取逃生時間，最小化熱失控事故的影響。
目前隔熱材料主要以氣凝膠墊、硅橡膠（陶瓷化）、阻燃泡棉、云母板為主，而有機硅因高耐熱性，高彈性和成本合理或?qū)⒊蔀橹髁鳌Ｓ捎诓煌螤铍娦镜呐蛎浡省⒈缺砻娣e、熱失控難易程度不同，不同公司采用不同防火隔熱材料進行隔熱處理。
各個企業(yè)膠粘劑代表性解決方案。來源：公司公告，中信證券
2020年以來，寧德時代、中創(chuàng)新航、比亞迪等動力鋰電池廠商紛紛應用氣凝膠氈等材料提升電池包的熱防控性能。主機廠也積極參與到電池PACK設計中，在隔熱阻燃材料方面提出新的技術方案，如上汽榮威應用的“防火罩”產(chǎn)品。
動力電池熱管理隔熱材料對比。來源：GGII，中信證券
保溫需求：低溫下，電池的電化學反應速率和反應深度降低，從而導致電池容量下降，動力電池宏觀表現(xiàn)出冬季環(huán)境下電動汽車“虧電”現(xiàn)象。
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CTP技術下的熱管理
從熱管理的角度來看，基于模組化的電池包通常使用至少兩種熱界面材料(TIM)或“填縫膠”(GF)。在液冷板的幫助下，兩種填縫膠有助于調(diào)節(jié)模組的溫度，確保安全高效的性能。
展開 熱控涂層、高溫隔熱屏……上硅所研制的多項關鍵材料成功應用于“嫦娥四號”
在此次航天任務中，中國科學院上海硅酸鹽研究所承擔了熱控涂層、難熔合金高溫抗氧化涂層、高摩擦抗冷焊涂層、高溫隔熱屏、柔性薄膜熱控涂層及低溫多層隔熱組件等關鍵材料的研制。
熱控涂層：研制了巡視器移動機構、電機機構、機械臂機構、全景相機機構鈦合金、鎂合金微弧氧化熱控涂層，著陸器發(fā)動機隔熱屏、防護筒用不銹鋼灰色化學轉換熱控涂層、不銹鋼高吸收化學轉換熱控涂層，著陸器月夜溫度采集器低輻射金熱控涂層、著陸器坡道及護欄機構鋁合金光亮陽極氧化熱控涂層，激光點陣器、鋰離子電池等有效載荷黑色陽極氧化熱控涂層，巡視器表面柔性薄膜熱控涂層，涂料型低比值熱控涂層等十余種無機熱控涂層。其中一些涂層是為嫦娥特制的、而且首次在航天器上采用，具備了溫控性能好、耐空間環(huán)境輻照性強、涂層均勻性優(yōu)等特點，保證了這些機構中的部件、電機正常的工作溫度水平，為著陸器的安全著陸、巡視器在月面巡視勘察、機械臂的正常運轉發(fā)揮了重要的作用。
難熔合金高溫抗氧化涂層：由于月球距離地球38萬公里，嫦娥衛(wèi)星飛行距離較一般衛(wèi)星飛行距離大大增加，并且需要經(jīng)過多次變軌才能實現(xiàn)“落月”，姿控發(fā)動機壽命要求大大延長，對其難熔合金高溫抗氧化涂層提出了更加苛刻的要求，必須承受更高的溫度，更大的沖刷速度和更苛刻的富氧環(huán)境，研制難度極大。上海硅酸鹽所研制的難熔合金高溫抗氧化涂層順利通過了長壽命地面臺架試驗的考核后，成功應用于嫦娥一號至嫦娥四號，并將繼續(xù)為后續(xù)的任務型號提供技術保障。
高摩擦抗冷焊涂層：應用于太陽電池陣接觸支點上，不僅是確保巡視器太陽電池陣在經(jīng)歷發(fā)射、奔月、著陸、兩器分離等加速和減速環(huán)節(jié)能實現(xiàn)太陽電池陣可靠、有效閉合，避免意外的散逸和碰撞，確保了太陽電池陣的完整性；其抗冷焊功能更是確保消除太陽電池陣經(jīng)歷長時間壓緊收攏狀態(tài)可能引發(fā)真空冷焊等狀況，保證了太陽帆板的順利展開。
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