与传统的保温材料相比，气凝胶具有明显的隔热性能、低密度和高比表面积等优势，推动了下游终端用户的应用需求，被誉为21世纪的热门新材料之一，有着非常广阔的应用前景。

一、气凝胶材料，各国予以极大关注

1931年，美国学者Kistler采用超临界乙醇流体干燥方式，以硅酸钠为原料，在保持凝胶结构的同时，将网络结构中的乙醇液体置换成气体，成功制得了SiO 2 气凝胶材料，之后又陆续制备了Al 2 O 3 、W 2 O 3 、Fe 2 O 3 、NiO 3 等无机气凝胶以及纤维素、明胶、琼脂等有机气凝胶。各主要国家对于气凝胶材料的研究予以极大关注，开发出多种新型气凝胶材料，拓展了气凝胶的应用范围。

近年来，中美欧等国研究人员通过改进气凝胶制备工艺，开发出生物基气凝胶、石墨烯气凝胶、聚合物气凝胶等多种新型气凝胶材料。美国科罗拉多大学的研究人员利用啤酒酿造工业的废弃物作为培养基，使用由醋酸杆菌制备出的细菌纤维素，通过超临界干燥法等方法制备出一种细菌纤维素气凝胶材料，具有低热导率的特征。

法国国家科学研究中心的研究人员采用与传统制备工艺不同的水热处理法制备出单宁基碳气凝胶，具有较高的比表面积和比电容量。

山东大学的研究人员成功制备出一种高性能的偕胺肟基修饰的环糊精/石墨烯气凝胶，其对海水中铀表现出较强亲和力和选择性，在天然海水中具有出色的铀提取能力，21天即可实现19.7mg/g的铀吸附量。

中国四川大学的研究人员利用双向取向的碳气凝胶复合多壁碳纳米管，开发出能够在极端温度下保持功能性和超弹性的新型聚合物气凝胶材料，其可在-196℃至500℃的温度范围内发挥作用。

中美欧研究人员对生物质基气凝胶材料的制备和应用开展研究，取得一系列研究成果。

法国国家科学研究中心的研究人员将纤维素材料溶解于氢氧化钠溶液中，制备出新型高度多孔纯纤维素气凝胶材料，其内部比表面积为200-300m 2 /g，密度仅为0.06-0.3g/cm 3 。

美国科罗拉多大学的研究人员利用啤酒酿造工业的废弃物作为培养基，使用醋酸杆菌制备出细菌纤维素，再通过超临界干燥法等方法制备出具有低热导率特征的细菌纤维素气凝胶材料。

中国嘉兴学院中澳先进材料与制造研究院（IAMM）的研究人员开发出水下机械性坚韧、弹性高、超亲水的纤维素纳米纤维基气凝胶，可用于油包水乳液分离和太阳能蒸汽发电等，解决了纤维素气凝胶耐水性差和水下机械韧性低的问题，打破了其应用的阻碍。

二、生产工艺趋于成熟 市场规模快速扩大

气凝胶具有隔热能力强、重量轻、使用寿命长等多种优势：(1)气凝胶的导热系数可低于0.016W/(m∙K)，该特性使得气凝胶有较强的保温隔热能力。(2)气凝胶是目前已密度最小的固体，对比传统隔热材料可在达到同样隔热效果的前提下减少3-8倍的厚度及重量；(3)气凝胶使用寿命长。

气凝胶生产工艺主要包括溶胶-凝胶、老化、改性、干燥几个步骤，其中干燥工艺对于气凝胶的合成至关重要，目前主流干燥工艺包括超临界干燥、常压干燥等，超临界干燥是通过对压力和温度的控制使溶剂在干燥过程中达到其本身的临界点，形成一种超临界流体，处于超临界状态的溶剂无明显表面张力，从而可以实现凝胶在干燥过程中保持完好骨架结构。当前超临界干燥更成熟，可以生产出各种高纯度气凝胶。

气凝胶具有极低密度、超高孔隙率、低折射率、低热导率、低声阻抗等特性，这是一般固态材料所不具备的。这些特性使其在隔热保温、生物医学、隔音、吸附等领域具有巨大的应用前景。

根据QY Research的报告，2017-2021年全球气凝胶市场规模由19.9亿美元增长到24.7亿美元，CAGR为5.55%，预计到2025年气凝胶全球市场规模将达到33.1亿美元。根据IDTechEX报告，目前气凝胶下游需求中有56%来自油气项目，18%用于工业隔热，9%用于建筑建造，8%用于交通。

而到2026年，全球气凝胶下游市场需求中油气项目将减少至47%，建筑建造将增长到14%，而交通领域将增至13%，因此建筑建造和新能源交通领域未来将会成长为气凝胶的主要消费驱动。

三、气凝胶隔热在电池中的应用潜力

气凝胶隔热作为一种高效的绝缘材料，具有优异的隔热性能，可以在电池安全与节能降耗领域得到广泛应用。

首先，在电池安全方面，气凝胶隔热可以起到隔热保护作用，可以有效减少电池内部温度的升高，避免电池过热、爆炸等安全问题的发生。同时，气凝胶隔热还可以增加电池的稳定性，延长电池的使用寿命，提高电池的可靠性和安全性。

其次，在节能降耗方面，气凝胶隔热主要应用于电池模组的隔热层，通过减少电池内部温度的升高，降低电池内部能量的损失，从而实现对能源的节约和降耗。此外，气凝胶隔热还可以提高电池的工作效率，降低电池的内阻，提高电池的输出功率和效率，从而实现对能源的更好利用。

气凝胶隔热在电池安全与节能降耗领域的应用前景广阔，可以实现对电池的保护和优化，推动电池行业的可持续发展。

四、气凝胶材料的未来研究方向

气凝胶材料种类多样，合成工艺逐渐形成体系，但是目前针对气凝胶的研究依然存在一些问题：气凝胶高温条件下热导率增长较快；相对于金属材料而言，气凝胶整体的机械强度还是较弱；气凝胶与纤维等增强基体材料的黏结性差；气凝胶的生产过程中会用到许多有机溶剂，造成环境污染，不利于大规模生产；气凝胶难以回收利用，不利于可持续发展等。

气凝胶未来的研究方向和发展趋势主要集中在开发纤维素气凝胶、石墨烯气凝胶、钙钛矿结构气凝胶、非金属单质气凝胶等新型气凝胶材料；通过采用不同的前驱体、优化合成方法和改变加强体等方法调控气凝胶结构；扩展气凝胶应用领域等。

文章来源： ​技经观察，赢胜保温，尤特森