阻燃黑科技：氣凝膠隔熱材料為電動汽車電池打造“防火墻”

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

阿斯彭氣凝膠公司（ASPN）生產的隔熱材料能夠放置在電動汽車電池內部，防止或減緩熱量和火焰在電池組內的擴散。該公司正在美國喬治亞州建設新工廠，能源部的貸款將幫助其完成該項目。

隨著越來越多的電動汽車上路，盡管電池火災相對少見，其潛在危險引起了越來越多的關注。相比燃油汽車，電池火災更難撲滅，而且復燃的風險更高，給駕駛員和救援人員帶來嚴重威脅。ASPN的熱屏障材料能夠顯著提升電池的安全性。

“我們的目標是確保這些材料有助于實現我們共同追求的關鍵電池安全目標。”美國能源部貸款計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在其車輛中使用了ASPN的材料。如果新工廠按計劃投產并滿負荷運作，預計每年可為超過200萬輛電動汽車提供材料。

當鋰離子電池受損或短路時，可能會發生“熱失控”現象，這是一種熱量和化學反應的反饋循環，可能導致火災或爆炸。電動汽車的電池組由多個小型電池單元組成，因此一旦某個單元出現問題，可能會波及整個電池組。

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，防止問題蔓延。根據汽車制造商的設計方案，氣凝膠材料至少可以減緩熱失控的傳播速度，給司機爭取足夠的逃生時間。或者，汽車制造商也可以利用這些材料設計能夠局部隔離故障的電池組，從而避免整車發生大火，而只限于小范圍的損害。

因為氣凝膠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國家航空航天局的研究資助，探索其材料在宇航服等領域的應用。此后，公司向石油煉化廠和液化天然氣終端等設施提供材料。

公司自2021年開始將氣凝膠應用于電池領域。當時與通用汽車合作，幫助解決雪佛蘭Bolt電池起火的問題。

雖然氣凝膠能夠降低電池火災的嚴重程度，但它們并不能完全防止熱失控事件的發生。“目前還沒有任何商業技術能夠可靠地防止熱失控事件發生。”LG化學的研究員宋寅泰在一封電子郵件中表示。他所在的團隊最近剛剛發布了一項關于鋰離子電池安全設備的研究。鋰離子電池內部含有易燃材料，且儲存著大量能量。

汽車制造商和電池生產商已經采取了一些措施來降低熱失控的風險，包括電池管理系統，這些系統能夠監控和控制電池狀況，防止火災發生。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，這類材料的一個潛在缺點是會增加電池的體積，進而降低電池的能量密度——即單位體積或重量下的能量儲存量。較高的能量密度意味著更長的續航里程，這是許多電動汽車消費者關注的關鍵點。氣凝膠的優勢在于它非常輕，主要由空氣組成，因此對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。

市場正在快速增長。公司2021年剛開始銷售電池材料時，年銷售額為700萬美元。到了2023年，這一數字已增至1.1億美元，預計2024年銷售額將再次翻倍。