大显身手新材料——爱彼爱和新材料有限公司探索气凝胶研发纪实

  将一块“玻璃”放在刚刚摘下的稗子草上，草没发生任何变化，茎秆依然挺直；把一片“毛毡”置于火焰上，没有一点损坏，用手触摸其背面也感受不到热度。

  “这些都是气凝胶制成的产品。气凝胶是世界上已知最轻固体，最低密度比空气还要低，阻燃性是其被大范围的应用的一项特性。”爱彼爱和新材料有限公司（以下简称“爱彼爱和”）总经理助理徐向旭告诉记者。

  以创新驱动为发展的策略，爱彼爱和持续研发气凝胶材料，拥有全套自主知识产权的气凝胶工业化核心技术，为锂电池安全防护、工业及建筑节能领域提供绝热节能材料和综合解决方案，去年被工信部评为国家级专精特新“小巨人”企业。2022年，公司营业收入达3.5亿多元，研发投入达3000多万元。

  由于气凝胶生产所带来的成本高昂、实现应用难度较高，许多企业都望而却步，爱彼爱和却坚定地选择布局这个新材料领域。“在一次与材料领域专家交流时，我充分认识到气凝胶具有隔热保温、隔音降噪、高效吸附、耐腐蚀、防火等特性。基于这些特性，其在热学、化学、电学、药学、物理学等方面都能得到普遍应用。”爱彼爱和董事长田雷说，这是一种性能比较全面的新型材料，市场空间非常广阔。

  站在新赛道上，只有尽快实现技术突破，才能占得先机。技术团队经过深入市场调研后，着手系统开发气凝胶生产技术。没有可以借鉴的经验，从生产设备制造到工艺流程开发再到产品成型，研发技术都是从零开始。

  “每个参数的变动，一点点误差的出现，都可能会导致失败。”徐向旭说，技术团队加大研发投入，与大学相关领域专家开展合作，通过不断试验、验证，攻克一个个难题，取得重大技术突破。

  从实验室到生产线，仍然有很长的路要走。溶胶、凝胶、固化、陈化、干燥……气凝胶生产的每一个环节，都是一座需要翻越的高山。从最初产品合格率“不能看”到生产线逐步运行成熟，爱彼爱和一步一个脚印踏实前行。

  “最初，国内涉足气凝胶行业的企业仅有几家，产品大多以‘保温毡’为主，主要使用在于工业领域。”徐向旭说，气凝胶是优良的绝热节能材料，既轻薄又节能，因此工业管道节能也是公司成立之初主要的目标市场。

  在河北沧州临港经济技术开发区，长度达60多公里的工业蒸汽管廊上有一个特殊的“试验段”，占管廊总长度的30%左右。这一段管道被爱彼爱和生产的气凝胶材料包裹，与其他采用传统材料的管道相比，明显“苗条”很多，工人在管道表面行走也不会产生形变。

  “我们例行巡查时，发现有几段管道热损严重，究其原因是按照传统保温层包裹的管线摄氏度，长时间的高温损坏了保温层。应用爱彼爱和生产的气凝胶材料来节能改造后，外保温表面温度不高于35摄氏度，每年减少中压蒸汽损失3万至5万吨，节约标准煤近1.5万吨。”负责管道运行的兴化热力公司副总经理戴海峰告诉记者。

  “经过多年市场验证，公司生产的气凝胶绝热毡结构稳定，比传统材料节能40%以上，还可以有很大效果预防保温层下锈蚀，延长管道常规使用的寿命。”徐向旭说。

  如今，爱彼爱和研发领域涵盖了从制备气凝胶的原辅料、工艺、设备，到产品终端的工程应用等气凝胶全产业链，拥有52项国家专利。

  随着公司的加快速度进行发展，爱彼爱和在持续推进工业管道节能有关产品迭代升级的同时，重点推动气凝胶防火隔热产品在电动客车中的应用，成为较早进军新能源领域的气凝胶生产企业。

  阻隔热失控电池模组间的热量传递，对防止电动车起火、争取乘客有效逃生时间至关重要。爱彼爱和敏锐捕捉到这一市场需求，专门研发了车用气凝胶防火隔热产品，将电动客车电池仓与乘员仓进行隔离，最大限度保证司乘人员安全。

  为了逐步提升气凝胶材料隔热效果、解决电池防火安全问题，爱彼爱和与一家世界动力电池有突出贡献的公司共同组建技术攻关小组，研发气凝胶动力电池隔热管理系统。他们发挥气凝胶导热系数低的性能，通过几毫米厚度的气凝胶隔热垫阻隔热量向电池组相邻的电芯传递，避免新能源动力电池电芯热失控可能带来的后果。

  “因具备良好的压缩性能，气凝胶动力电池隔热垫还可作为电芯间的缓冲材料，适应电芯在充放电过程中的膨胀和收缩变化，保持和提升电池性能。”田雷说。2022年，爱彼爱和气凝胶隔热垫供货量近亿片，销售额超3亿元。

  在不断实践中，爱彼爱和针对新能源动力电池特点设计了一套立体式防火隔热解决方案，通过气凝胶隔热垫、气凝胶防火毯、防护涂料、防火绝缘复合带、气凝胶泡棉等系列新产品，可构建起电芯、模组、PACK及整车级别的立体式防火隔热系统，有效阻隔热扩散，延缓火势蔓延，为新能源汽车保驾护航。

  “尽管已有不少成果得到应用，但气凝胶产品还能应用于更丰富的场景。”在田雷看来，气凝胶已经到了“飞入寻常百姓家”的时候。

  建筑领域是气凝胶应用的一片广阔蓝海。作为目前重量最轻、导热系数最低的固态材料，气凝胶在建筑外墙保温、降低建筑能耗等方面有着独特优势。

  “当保温做到极致，人们就可以在建筑内享有四季皆春的舒适环境，对空调、暖气的使用会大幅度降低，建筑领域的超低能耗也会逐步实现。”爱彼爱和市场总监董海兵说，要实现这个目标，相比传统保温材料，气凝胶相关这类的产品不仅厚度大幅缩减，可以防火、防潮，而且稳定性很高，基本无需更换，即便拆卸后也可重复使用，避免固废处理之忧。

  “气凝胶产品走向市场的主要阻碍还是成本偏高。不断降低生产所带来的成本，将其应用到更多更普通的生产生活领域，是气凝胶生产企业不得不面对的一场科研‘马拉松’。”董海兵说，爱彼爱和正在努力实践，将气凝胶材料与传统保温材料复合，在减少相关成本的同时，保持较高性能。

  目前，爱彼爱和的气凝胶制品已在部分高端建筑、膜结构建筑中应用；公司发起和参与编制的《气凝胶中空玻璃》建材行业标准已于今年4月1日起实施。

  “我们将以创新驱动为核心，稳健有序拓展新能源、工业节能、建筑节能、吸附过滤、电子通信、船舶、航空等市场，向发展成为全球化气凝胶企业的目标持续努力。”田雷说。 （经济日报记者 宋美倩）