
兄弟,你聽說過氣凝膠這玩意兒嗎?
在前幾天,比亞迪就公布了一個關于“ 聚酰亞胺氣凝膠 ”的專利(CN120818239A)。
說的是,通過添加劑優化工藝后,能在常壓條件下制備完整氣凝膠,結構更不容易坍塌,而且它的隔熱和絕緣特性都很不錯,可以用作電池或者電控的隔熱材料。
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看到國內技術又有突破,大伙兒當然紛紛豎起大拇指。
然而,也有不少人提出質疑。畢竟氣凝膠這東西早就不是什么稀罕物,很多車企都拿它做電池包隔熱層,反倒是比亞迪自己卻很少用,估計這回又是研發出來躺專利庫里吃灰。。。
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有人說,氣凝膠就是電池的安全氣囊,凡是不帶氣凝膠的電車(比如特斯拉、比亞迪的一些車型),都一票否決,完全不值得買。
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并且就算用了氣凝膠,還要看用了多少,怎么用,用料不徹底,就是徹底不用料。
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但也有人認為,這東西吹的太過了,在電池燃燒面前,氣凝膠壓根無效,而是需要電芯從源頭解決,或者靠刀片、圓柱等結構設計提前避免。
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更有甚者,覺得只要用了三元鋰,啥玩意兒都救不回。。。
所以,關于氣凝膠到底有沒有用這個問題,網上爭議不斷,脖子哥就在這先幫大伙兒縷一縷。
其實氣凝膠這東西,算是貨真價實的航天材料了,火星車都是拿它做隔熱層。
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原因就是它的隔熱效果嘎嘎好。
咱們要知道,氣凝膠的基礎其實也是空氣。而空氣本身就是一種非常隔熱的材料,靜止的空氣導熱率是 0.026 W/(m?K) ,建筑、家具等等都是用空氣達到保溫效果,比如我們冬天穿的羽絨服,就是因為羽絨里能困住大量空氣,才可以在冬天給我保暖。
只不過呢,作為一種氣體,空氣有點太調皮了,不太好控制,一旦出現溫差,就容易產生對流,那這個隔熱效果立馬就破功了。
所以,大家就研究出了氣凝膠這種東西。它本質上是一種多孔結構的納米材料,外形像一個果凍,放大看卻像一塊海綿。
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本身網絡狀的材料骨架,就可以減少了熱傳遞,更別說,空氣在空隙里面幾乎完全靜止,不存在對流,讓它的隔熱能力大大增強。
這一通操作下來,氣凝膠的常溫熱導率可以達到 0.012-0.02 W/(m·K),差不多是空氣的兩倍,某種意義上,已經接近物理極限。
關鍵,它還是世界上最輕的固體,重量只有空氣的 1/6 ,根本不影響車重,很適合做輕量化。
所以如今許多廠商,都把這玩意兒應用在了咱們的電車上。
拿寧德時代的麒麟電池來說,它在電芯的側面貼上1mm 厚度的二氧化硅氣凝膠隔熱墊,主要就是為了避免某個電芯短路導致熱失控,然后直接擴散到整個電池包。
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而且這還沒完,氣凝膠也可以貼在水冷板通道上,以及電池包殼體、泄壓閥等等,算是給電池包武裝到牙齒了。一些車企宣稱 “ 0自燃 ” ,確實是有這個底氣在。
但問題就來了,車企們花了好大功夫做的氣凝膠隔熱,在現實里卻解決不了電車起火的問題,該燒還是得燒。
所以許多網友就認為,這個東西也就只有寫 PPT 的時候有用了。。。
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對此,脖子哥請教了一位車企電池研發小 A ,他告訴我,氣凝膠只是一種 “ 熱蔓延 ” 的防護手段,確實沒大家想的那么神奇。
首先要知道,所謂 “ 航天材料 ” ,并不是金剛不壞,大伙兒別被這四個唬住了。像是宇航員穿的宇航服,只是能在一些環境下隔絕高溫,你拿它去消防救火,那肯定也是會被燒壞的。
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而說回氣凝膠,主流的二氧化硅氣凝膠雖然能在短期承受 1200℃ 的高溫,但時間一長,火抗就會下滑到 300-600℃ 。
這個數值,對付一般的燒烤是夠了,但肯定解決不了三元鋰熱失控,畢竟它在局部區域能燒到 1000-1200℃ ,氣凝膠頂多扛個 10-30 分鐘,之后還是會給你燒穿。
打個比方說,假如你鄰居家突然起火了,有了氣凝膠,就相當于你們之間隔了一堵墻,短時間內火勢蔓延不開,但不代表鄰居家的火就一定燒不到你這里。
它的作用更多是拖延時間,等你看到隔壁窗口冒煙了,或者聞到煙味兒了,還是得趕緊想辦法逃生。
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所以常見的情況是,電車燒了,但人還活著。。。這必然得感謝氣凝膠幫我們爭取時間,但解決電池熱失控的關鍵,還是得看電芯技術。
你既不能把氣凝膠當成唯一的救命稻草,也不可能說,因為避免不了起火,就不需要氣凝膠了。
另外,氣凝膠的作用確實也和厚度、選材有關。
比如說用料比較扎實的,應該就是第一代的奧特能平臺。它大面積采用阿斯彭(NASA 供應商)的氣凝膠作為隔熱,最多包含了 180+ 片,隔熱面積達到 11.188 平方米,并且它的性能更強,在短期內可以忍受 1400℃ 高溫,讓防護時間提高到 50 分鐘。
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不過,出于成本考慮,后來的奧特能 2.0 ,干脆把三元鋰電芯改成穩定性更強的磷酸鐵鋰,氣凝膠方案就被舍棄了,取而代之的則是復合陶瓷材料,它在 1000℃ 下能扛兩周,甚至成本還下降了 30% 。
這就讓更多人懷疑,氣凝膠這條路到底有沒有走對。
所以目前在電池安全上出現兩條分支,一邊是為了極致性能的三元鋰+氣凝膠,一邊則是為了極致成本放棄氣凝膠的磷酸鐵鋰。
但是不是用磷酸鐵鋰就不需要氣凝膠了?磷酸鐵鋰加上氣凝膠會不會更好?這些都需要進一步驗證,也是爭議的關鍵所在。
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總之我認為,氣凝膠依然是一個值得深挖的方向。
一方面,隨著產能擴張,普通二氧化硅氣凝膠制品均價可能會打到 180 元 / 平方米,不管三元鋰還是磷酸鐵鋰,電池包全副武裝氣凝膠并不是夢。
另一方面,近三年國內企業在氣凝膠上的專利就已經占全球 57%,很有可能在將來超越阿斯彭這些國際巨頭,找到更安全的技術方案。
但對電池安全技術來說,氣凝膠只是咱們能看到的冰山一角,背后的正負極或者電解液材料突破,才是解決電池熱失控的關鍵源頭。
相信在未來,電車一定會變得越來越安全。
撰文:TC
編輯:面線
美編:萱萱
圖片、資料來源:
微博、知乎
專利 CN120818239A
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