“气凝胶”，当之无愧的全能型选手，看它在不同领域节能降耗的应用 .-山东化工网

“气凝胶”，当之无愧的全能型选手，看它在不同领域节能降耗的应用 .

文章来源：贤集网更新时间：2024-08-14 16:08:04

在全球追求可持续发展和节能减排的大背景下，气凝胶作为一种具有卓越性能的材料，正逐渐在各个领域大显身手。其独特的结构和特性使其成为节能降耗的理想选择，为解决能源消耗和环境问题提供了创新的解决方案。

一、气凝胶的特性揭秘

气凝胶，这一被誉为“改变世界的神奇材料”，拥有诸多令人瞩目的特性。它具有极高的孔隙率，就如同一个由无数微小空间构成的立体网络。其密度极低，甚至比空气还要轻。同时，气凝胶的热导率极低，这意味着它具有极佳的隔热性能，能够有效阻止热量的传递。

例如，浙江大学科研团队研制的“全碳气凝胶”，密度仅为空气的17%，即每立方厘米1.6毫克。这种超轻气凝胶的出现，刷新了目前世界上最轻材料的纪录。

二、气凝胶在新能源汽车领域的应用

提升电池安全性能

新能源汽车领域正迅速崛起，而气凝胶玻纤毡复合材料成为保障其安全的关键。这种材料的高温耐受温度超过800℃，能有效解决三元电池的安全痛点。当车载电池长时间输出电能后，电池内部化学反应会使电池明显发热，存在燃烧、爆炸风险。传统芯模组采用的塑料隔板，不仅重量大，且无法起到良好的保护作用。现有的防护毡结构简单，易变形，不能与电池组全面接触，隔热效果欠佳。而气凝胶复合材料作为阻燃材料，具有质轻、阻燃性能优异、环保性能好等优点。在锂离子动力电池芯发生撞击短路或过充电发热自燃的情况下，气凝胶玻纤毡复合材料可以隔离耐受故障电池芯瞬间释放的高温能量，更好地解决动力电池安全问题。

优化隔热与隔音效果

SiO2气凝胶与 ePTFE 膜结合形成的复合材料具备优秀的隔热支撑、缓冲及隔音作用。目前，一款 SiO2气凝胶与 ePTFE 膜复合材料已被应用于上汽大众途昂车型，用于汽车隔热保温箱体以及消费电子内置芯片中，实现了多方面的性能提升。

三、气凝胶在能源化工领域的节能表现

能化领域是气凝胶材料目前的主要应用市场之一。气凝胶复合材料对重大输气输油工程的管道能够起到高度隔热防护功效，它可以在极低的温度环境中无冻裂，还能长期暴露在户外照射的紫外线下工作20多年而不老化。这使得需要隔热隔音的工程造价降低，且能长期免维护。

例如，在华北能源企业客户的 80t/h 高压蒸汽（9.5MPa，540℃）管道（DN175）保温项目中，采用气凝胶绝热毡进行保温改造后，大大减少了散热面积和热损失量。华东某石化企业的高压蒸汽管道项目，主管道 DN500，蒸汽温度 420℃，采用[厚度数值]mm 气凝胶绝热毡以及气凝胶管壳进行保温改造后，保温效果良好，并数倍延长了保温周期。

在工业能耗中，高温管道、窑炉等设备的热损耗巨大。气凝胶复合材料的应用，实现了能耗显著降低、输送范围延长，同时减小了保温层厚度、节约了空间。

四、气凝胶助力绿色建筑的发展

建筑施工部门的能源使用占世界总能耗和温室气体排放的很大比例，发展绿色建筑市场空间广阔，而气凝胶在此领域的应用潜力巨大。

气凝胶混凝土是以气凝胶颗粒或粉末为主要成分的超轻质混凝土体系，其主要目的是将混凝土的高强度性能与气凝胶的良好隔热性能相结合。气凝胶混凝土具有较高的抗压强度和相当的导热系数，适用于多层建筑外墙的建造，无需额外的隔热措施。

数据显示，2mm 厚的气凝胶中涂，可等效替换 35mm 的保温砂浆、或 20mm 厚的岩棉板、或 15mm 厚的挤塑聚苯板。相同效果下，2mm 气凝胶中涂对比 35mm 保温砂浆，厚度减少 95%，重量减轻 90%，大大降低了因保温层过重造成脱落的风险。

气凝胶隔热材料可以通过隔热屋顶空腔，实现冬天保暖、夏天凉爽的效果。其良好的防潮性能使其成为潮湿墙壁的理想解决方案。热效率高、压缩强度高和外形薄的特点，也使其成为一种有吸引力的地板下隔热层，安装简便且节能效果显著。

通过模拟太阳光照射实验发现，使用气凝胶反射隔热体系的模型，在照射 5min 后，室内温度上升缓慢，比使用普通涂装体系的室内温度低 8℃。这得益于气凝胶仅为 0.012～0.024W/(m·K)甚至更低的超低导热系数。

五、气凝胶在航空航天领域的贡献

气凝胶在航空航天领域的应用由来已久。1997 年，美国首次在火星探测器上应用了气凝胶材料。因其具有优异的热绝缘性能，将其加入隔热罩中，能够有效保护内部的科学仪器。

同时，气凝胶材料在实现隔热功能的基础上还能保暖。美国国家宇航局曾在 2002 年用气凝胶制作宇航服，在保证安全性的前提下，大幅度减轻了重量，提升了宇航员的舒适度。

我国的“祝融号”火星车表面也采用了中国航天科工三院 306 所研发的低温纳米气凝胶材料，保障火星车在超低温度环境下正常工作，且几乎不会增加火星车的载荷。

我国气凝胶下游应用中，油气项目占比约 56%，工业隔热占 18%，建筑制造占 9%。气凝胶在工业板块的应用，不仅有学术论文或研究的支持，更有中石化、中石油等头部企业用气凝胶更换管线保温材料的实践证实。

随着技术的不断进步和成本的逐渐降低，气凝胶在更多领域的应用前景将更加广阔。它将继续为各个行业的节能降耗做出重要贡献，助力实现全球可持续发展的目标。未来，我们或许会看到气凝胶在更多意想不到的领域发挥其独特的作用，为人类创造更多的价值和可能。

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