阻燃黑科技：氣凝膠隔熱材料為電動(dòng)汽車電池打造“防火墻”

一家生產(chǎn)防火電池材料的公司剛剛從美國(guó)能源部獲得了6.706億美元的貸款承諾。

阿斯彭氣凝膠公司（ASPN）生產(chǎn)的隔熱材料能夠放置在電動(dòng)汽車電池內(nèi)部，防止或減緩熱量和火焰在電池組內(nèi)的擴(kuò)散。該公司正在美國(guó)喬治亞州建設(shè)新工廠，能源部的貸款將幫助其完成該項(xiàng)目。

隨著越來(lái)越多的電動(dòng)汽車上路，盡管電池火災(zāi)相對(duì)少見，其潛在危險(xiǎn)引起了越來(lái)越多的關(guān)注。相比燃油汽車，電池火災(zāi)更難撲滅，而且復(fù)燃的風(fēng)險(xiǎn)更高，給駕駛員和救援人員帶來(lái)嚴(yán)重威脅。ASPN的熱屏障材料能夠顯著提升電池的安全性。

“我們的目標(biāo)是確保這些材料有助于實(shí)現(xiàn)我們共同追求的關(guān)鍵電池安全目標(biāo)?！泵绹?guó)能源部貸款計(jì)劃辦公室主任薩阿表示。

通用、豐田和奧迪等汽車制造商已經(jīng)在其車輛中使用了ASPN的材料。如果新工廠按計(jì)劃投產(chǎn)并滿負(fù)荷運(yùn)作，預(yù)計(jì)每年可為超過(guò)200萬(wàn)輛電動(dòng)汽車提供材料。

當(dāng)鋰離子電池受損或短路時(shí)，可能會(huì)發(fā)生“熱失控”現(xiàn)象，這是一種熱量和化學(xué)反應(yīng)的反饋循環(huán)，可能導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。電動(dòng)汽車的電池組由多個(gè)小型電池單元組成，因此一旦某個(gè)單元出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)波及整個(gè)電池組。

ASPN的熱屏障材料可以被放置在電池單元之間形成一道阻隔，防止問(wèn)題蔓延。根據(jù)汽車制造商的設(shè)計(jì)方案，氣凝膠材料至少可以減緩熱失控的傳播速度，給司機(jī)爭(zhēng)取足夠的逃生時(shí)間?；蛘?，汽車制造商也可以利用這些材料設(shè)計(jì)能夠局部隔離故障的電池組，從而避免整車發(fā)生大火，而只限于小范圍的損害。

因?yàn)闅饽z的主要成分是微小的空氣囊，它具有極佳的隔熱效果。ASPN早在2000年代初就因獲得美國(guó)國(guó)家航空航天局的研究資助，探索其材料在宇航服等領(lǐng)域的應(yīng)用。此后，公司向石油煉化廠和液化天然氣終端等設(shè)施提供材料。

公司自2021年開始將氣凝膠應(yīng)用于電池領(lǐng)域。當(dāng)時(shí)與通用汽車合作，幫助解決雪佛蘭Bolt電池起火的問(wèn)題。

雖然氣凝膠能夠降低電池火災(zāi)的嚴(yán)重程度，但它們并不能完全防止熱失控事件的發(fā)生。“目前還沒有任何商業(yè)技術(shù)能夠可靠地防止熱失控事件發(fā)生。”LG化學(xué)的研究員宋寅泰在一封電子郵件中表示。他所在的團(tuán)隊(duì)最近剛剛發(fā)布了一項(xiàng)關(guān)于鋰離子電池安全設(shè)備的研究。鋰離子電池內(nèi)部含有易燃材料，且儲(chǔ)存著大量能量。

汽車制造商和電池生產(chǎn)商已經(jīng)采取了一些措施來(lái)降低熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，包括電池管理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠監(jiān)控和控制電池狀況，防止火災(zāi)發(fā)生。熱絕緣材料，尤其是氣凝膠制成的材料，是限制熱失控事件損害的有效工具之一。

不過(guò)，這類材料的一個(gè)潛在缺點(diǎn)是會(huì)增加電池的體積，進(jìn)而降低電池的能量密度——即單位體積或重量下的能量?jī)?chǔ)存量。較高的能量密度意味著更長(zhǎng)的續(xù)航里程，這是許多電動(dòng)汽車消費(fèi)者關(guān)注的關(guān)鍵點(diǎn)。氣凝膠的優(yōu)勢(shì)在于它非常輕，主要由空氣組成，因此對(duì)能量密度的影響要小于其他材料。

ASPN的熱屏障材料厚度通常在1～4毫米之間，可以放置在電池單元之間。根據(jù)不同的汽車制造商和車型，使用這種材料的成本大約為每輛車300～1000美元。

市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)。公司2021年剛開始銷售電池材料時(shí)，年銷售額為700萬(wàn)美元。到了2023年，這一數(shù)字已增至1.1億美元，預(yù)計(jì)2024年銷售額將再次翻倍。