大连理工大学【借助受移动电源启发的多网络气凝胶和热致柔性复合相变材料增强锂电池的热防护性能】
锂电池热失控（TR）是主要安全隐患，现有热防护材料存在四大缺陷：机械性能差 、易燃性 、相变材料泄漏 、热饱和后丧失持续隔热能力双重交联网络：化学交联（GLU戊二醛）+ 氢键交联（BA硼酸） 特性：1cm厚度温差120℃，V-0级阻燃，机械强度提升 储热层：SAT/TPEE/EG热致柔性复合相变材料（CPCM） 双重封装技术：TPEE弹性体提供形状稳定性 、EG膨胀石墨增强吸附性 特性：811.9 J/g高储热密度，40℃以上可弯曲性，V-0阻燃 移动电源仿生耦合系统：通过粘合剂将气凝胶与CPCM耦合
CPCM持续为气凝胶"充电储能"（吸热-散热循环）实现热防护的动态平衡Ge/SA气凝胶：120℃温差（1cm厚度），V-0阻燃 CPCM：811.9 J/g储热密度，40℃可弯曲 耦合材料：230℃高温下100分钟顶面温度维持89℃ 三重热防护机制 1. 气凝胶初始隔热 2. CPCM相变吸热 3. 动态循环延缓热饱和 双重安全保障：V-0级阻燃+防泄漏封装 锂电池热失控防护解决方案：延缓热扩散速度、延长热失控触发时间、降低连锁反应风险 可持续性优势：生物质基原料（Ge/SA）环境友好型制备工艺 、可回收设计潜力 该研究通过材料设计创新，突破了传统热防护材料的性能瓶颈，为高安全性锂电池的开发提供了新思路，具有重要的理论意义和产业化应用前景。图解
a 明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶制备的示意图。 b 在构建Ge/SA气凝胶过程中形成的多网络体系。 c Ge/SA气凝胶多网络交联结构内的可能键合机制。 d 明胶（Ge）气凝胶、海藻酸钠（SA）气凝胶和Ge/SA气凝胶的傅里叶变换红外光谱。 e 和 f Ge/SA气凝胶的原位变温红外光谱及相应的等高线图 。 a–c 明胶（Ge）、海藻酸钠（SA）以及明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶的照片；d–f 明胶（Ge）、海藻酸钠（SA）以及明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶的扫描电子显微镜（SEM）图像。g 和 h 明胶（Ge）、海藻酸钠（SA）以及明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶的氮气吸附-脱附等温线及相应的孔径分布曲线。i 和 j 明胶（Ge）、海藻酸钠（SA）以及明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶的压汞累积曲线及相应的孔径分布曲线。k 和 l 明胶（Ge）、海藻酸钠（SA）以及明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶的压缩应力-应变曲线及相应的压缩强度对比图。m 不同形状的明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶的照片。n 和 o 明胶/海藻酸钠（Ge/SA）气凝胶力学性能的直观展示。 a-c 明胶（Ge）、海藻酸钠（SA）以及明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶燃烧过程的延时照片。 d 和 e 不同气凝胶在加热板上的隔热性能测试及其相应的随时间变化的温度曲线。 f 不同气凝胶隔热性能的对比。 g 明胶（Ge）、海藻酸钠（SA）以及明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶的热导率，以及 h 它们的极限氧指数。 i 和 j 明胶（Ge）、海藻酸钠（SA）以及明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶的热重（TG）曲线和微商热重（DTG）曲线。
a 硬脂酸（SAT）和硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（SAT/TPEE/EG）的数码照片，以及它们相应的红外热成像照片。 b−e 硬脂酸（SAT）、膨胀石墨（EG）、硬脂酸/热塑性聚酯弹性体（SAT/TPEE）和硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（SAT/TPEE/EG）的扫描电子显微镜（SEM）图像。 f−g 硬脂酸（SAT）、热塑性聚酯弹性体（TPEE）、膨胀石墨（EG）和硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（SAT/TPEE/EG）的X射线衍射（XRD）图谱和傅里叶变换红外（FT-IR）光谱。 h 硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（SAT/TPEE/EG）在不同温度下的数码照片及相应的红外热成像照片。 i 硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（SAT/TPEE/EG）在不同温度下的储能模量。 j 硬脂酸/膨胀石墨（SAT/EG）和硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（SAT/TPEE/EG）之间的热接触电阻对比。 a 和 b 展示硬脂酸/热塑性聚酯弹性体（SAT/TPEE）和硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（SAT/TPEE/EG）随时间变化的燃烧过程的照片。 c 硬脂酸/热塑性聚酯弹性体（SAT/TPEE）和硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（SAT/TPEE/EG）的极限氧指数（LOI），以及 d 它们的UL-94阻燃等级。 e 和 f 厚度为3毫米的硬脂酸/热塑性聚酯弹性体（SAT/TPEE-3 mm）和厚度为3毫米的硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（SAT/TPEE/EG-3 mm）的隔热性能测试，以及它们达到150℃所需的时间。 g 和 h 不同厚度的硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（SAT/TPEE/EG）的隔热性能测试，以及它们达到150℃所需的时间。 i-j 硬脂酸（SAT）、硬脂酸/热塑性聚酯弹性体（SAT/TPEE）和硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（SAT/TPEE/EG）的差示扫描量热法（DSC）曲线，以及它们相应的储热密度的比较。 k 不同研究中复合相变材料（CPCM）的储热密度的比较。 l 硬脂酸（SAT）、热塑性聚酯弹性体（TPEE）、膨胀石墨（EG）、硬脂酸/热塑性聚酯弹性体（SAT/TPEE）和硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（SAT/TPEE/EG）的热导率，m 和 n 它们的热重（TG）和微商热重（DTG）曲线。 a 明胶/海藻酸钠-硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（Ge/SA-STE）复合材料在不同温度下的红外热图像。 b 和 c 不同样品在加热板上的隔热性能测试及其相应的随时间变化的温度曲线。明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶和硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（STE）样品的锥形量热仪测试曲线：d 热释放速率（HRR）。e 总热释放量（THR）。f 产烟速率（SPR）。g 总产烟量（TSP）。h 二氧化碳释放速率曲线。i 一氧化碳释放速率曲线。 a 明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶的三维热重-红外光谱，以及 b 硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（STE）复合材料的三维热重-红外光谱。c 和 d 明胶/海藻酸钠（Ge/SA）复合气凝胶和硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（STE）复合相变材料（CPCM）在锥形量热仪测试后的残炭，以及它们相应的 e–j 扫描电子显微镜（SEM）图像。k 明胶/海藻酸钠-硬脂酸/热塑性聚酯弹性体/膨胀石墨（Ge/SA-STE）复合材料的阻燃机理推测。 原文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-024-01593-0
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