突然大火的“隔热王者”气凝胶,真的能成为百亿赛道吗?

材料那些事 2022-11-16
1965 字丨阅读本文需 5 分钟

最近一段时间,有这么一个不起眼的概念股突然大火,那就是气凝胶,比如晨光新材就连涨了7天,而且还有两个涨停板,泛亚微透基本也是走出了相似的曲线,这引得不少机构纷纷前来调研。

而最近为它背书的最大牌选手,莫过于比亚迪了,听说比亚迪的全系产品准备采用气凝胶。这乍一听陌生的气凝胶,究竟是什么来头呢?

01

气凝胶:绝佳的热管理材料

气凝胶属于新型材料,是当今世界上密度最小的固体,在空气中呈现出烟雾的状态,因此又称为“冻烟”。

结构方面,由于其纳米尺度的多孔网络结构,导致其具有热学、光学、声学、电学等一系列特殊的性能,是世界上最轻的固体材料,也是性能最好的隔热材料。

很多人会想当然地以为,新能源汽车的自燃现象,是由于引擎温度太高,或是由于暴晒外壳发烫导致的,但实际上,绝大多数纯电汽车的自燃,都是由于电池组引发的。

新能源的储能电池分很多种,比如镍氢电池、钠硫电池等,但最广为人知的还是锂电池。

在充放电的过程中,随着能量密度的提高,热量失控的风险也增加了,如果在这时恰好发生汽车碰撞,电池变形隔膜撕裂,易燃电解质泄露,就有可能引发电气化设备的短路,发生自燃。

除了外部碰撞导致的电池破裂燃烧,锂电池反复充电后还会在内部形成阻塞物,电流经过时,会发生短路,从而引发火灾。

由于大部分新能源汽车的电池构造,都是由小电池包裹组成的电池组,如果短路的电池没有任何防爆措施,就会迅速蔓延到整个电池组,甚至还会引发爆 炸。

由一块小电池引发的电池组自燃的连锁反应,如果从源头上进行防御与保护,就能大大提高新能源汽车的安全性。

如果我们将电池用隔热材料包裹保护起来,即使发生了短路,也不会殃及其他的电池组,更不会蔓延到整车。

包裹电池的绝佳热管理材料,目前国际公认的就是气凝胶。

02

科学家的一次“打赌”,铸就了科学的“奇迹”

气凝胶如此神奇,但它的诞生却源于一场打赌。

1931年,美国科学家Kistler与Charles Learned打赌:看谁能够将凝胶内的液体换成气体同时不使固体结构发生变化。

两个科学家的“打赌”,成就了一场科学界的“奇迹”,气凝胶这种神奇的材料,被制备了出来!

如今,气凝胶的制备技术已有极大的提升,制备技术分为湿凝胶制备和凝胶干燥两个过程。其核心在于克服表面张力的作用下,将凝胶中的溶剂去除,同时保持凝胶三维纳米网络结构不被破坏。

为了防止凝胶干燥过程中微孔洞内的表面张力导致材料结构的破坏,通过超临界干燥工艺处理,把凝胶置于压力容器中加温升压,使凝胶内的液体发生相变成超临界态的流体,气液界面消失,表面张力不复存在,从而得到气凝胶,另外一种常压干燥工艺,通过低表面能的溶剂填充凝胶孔隙结构、一定化学改性手段,降低干燥过程中的固液面表面张力制备气凝胶。

随着超临界技术的成熟,诸多物质形成的凝胶经过超临界干燥后,都能够得到不同成分的气凝胶,使得气凝胶家族越来越庞大,更有学者称:气凝胶与其说是一种新型材料,不如说是一种脱离于固液气之外的新物质状态。

气凝胶以组成成分为依据,可划分为两大类:单一组分和多组分。单一组分气凝胶包括氧化物气凝胶(SiO2、Al2O3、TiO2等),聚合物气凝胶(树脂基、纤维基),碳气凝胶(碳纳米管,石墨烯等),硫化物气凝胶和其他种类的气凝胶(NiS、CoS、贵金属、合金)。气凝胶复合物包括多重组分气凝胶,梯度气凝胶以及微/纳气凝胶复合物。

03

节能降耗的一把利器

要说起气凝胶的制备过程,简单来说就是由无机或者有机硅源前驱体通过一系列反应得到,其中最关键的一步就是干燥,它对气凝胶的性能起到了至关重要的作用。

那究竟什么是气凝胶大火的幕后推手呢?低碳是一个很重要的关键词,最直接的体现就是官方把它列入节能低碳技术的推广目录,而且气凝胶行业的标准在这些年逐渐被确立下来,俗话说做事前先立规矩,无规矩不成方圆,就是这个道理。

如果把气凝胶的产业链打开,上游是我们刚讲到的硅基物,下游的应用则是分布在各行各业。其中,油气和工业隔热是其应用最多的子赛道,去年油气项目占气凝胶下游应用比例约为56%,工业隔热占18%,两者比例合计超过七成。

为什么是油气行业呢?原因也很好懂,用于输送管道的保温节能,直接能减少热损失。举个例子,华昌化工中压蒸汽管线改造、中石油上古天然气导热油管线保温都使用的是气凝胶。所以这是已经有较为成熟的商业化应用的。据笔者了解,中石化去年就公开采购了大约10立方米的气凝胶材料。

在航天军工、建筑等领域中,气凝胶同样可以大显神威,所以你说它是节能环保的一把利器,是不是一点儿也不过分。

04

何时迎来成本拐点?

新技术的应用,摆在其面前的最大障碍,99%以上就是成本。

气凝胶的材料成本就占到了总成本的一半,制造成本又占了45%左右。往上游看,气凝胶生产过程中需要使用正硅酸乙酯,它的产能目前来看其实是制约气凝胶产能的瓶颈。

为何这么讲?据笔者粗略统计,国内正硅酸乙酯产能约为 4.5万吨,如果按照单吨气凝胶材料使用0.2吨正硅酸乙酯来看,总共能生产的气凝胶也就是二十多万吨(这可和研究机构给出的广阔需求是不相符的)。从正硅酸乙酯的价格也可以看出端倪,每个月的价格都有略微升高。

其实,正硅酸乙酯的门槛,也是造成了产能不足的原因之一(其原材料属于危险化学品),运输、生产都要慎之又慎。

所以,目前处于行业萌芽期的气凝胶,什么时候进入成长期,工艺的改良和成本的下降,将成为关键。

文章来源: 星空财富,小韭菜旳成长记录,海涵财经

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