气凝胶 | 气凝胶分类及国内发展

文摘   2024-11-03 11:44   江苏  

气凝胶产业化日趋成熟,国内产业逆境崛起。气凝胶自 1931 年发现,目前正处在新一轮产业化浪潮的快速发展中。过去国内气凝胶发展承压,近年来逐步崛起,SiO气凝胶为目前产业化最成熟产品,其干燥技术是主要制备工艺。对气凝胶材料进行改性复合是提升性能的主要方案

气凝胶可分为无机气凝胶、有机气凝胶、混合气凝胶和复合气凝胶。常见的气凝胶主要是硅气凝胶、碳气凝胶和二氧化硅气凝胶,新进发展的气凝胶主要是氧化石墨烯气凝胶、富勒烯气凝胶和纤维/二氧化硅气凝胶。

由于 SiO气凝胶是目前产业化最成熟的产品,该类气凝胶的制备包括两种方法:干燥法和溶胶-凝胶法。目前产业化中主要使用的技术是干燥技术。

目前产业化中主要使用的技术是超临界干燥技术和常压干燥技术,其他尚未实现批量生产技术还有真空冷冻干燥、亚临界干燥等。


气凝胶可与玻璃纤维、陶瓷纤维或者碳纤维进行复合,提高体系的结合力,使表面不易脆裂粉化。常见的产品如,气凝胶玻璃纤维毡、气凝胶陶瓷纤维毡、预氧化纤维等,该类产品主要应用于管道炉体等保温隔热,可取代聚氨酯泡沫、石棉保温垫、硅酸盐纤维等不环保、保温性能差的传统柔性保温材料。

凝胶应用广泛,处于生命周期的成长期

气凝胶材料由于其优异的保温隔热性能,应用领域广泛,主要分布在能源设备、交 通、建筑材料、服装等领域,潜在规模巨大,我们判断全球市场空间在百亿美元以上

能化领域是目前最大下游,保温防水应用成熟

气凝胶的疏水性可以使管道的保温层防水,并防止温差引起的凝结反应,当气凝胶具有相同的保温效果时,气凝胶保温层所需的厚度或间距较小,综合成本显著降低。

与传统保温材料复合,有望达到最佳经济性。

虽然气凝胶保温的初期投资较传统材料偏高,但其诸多的优良性能、持久的节能收益、显著的绿色环保优势,使之成为一种综合性价比较高的节能产品。

国内大炼化产业快速崛起,气凝胶应用场景放大。

新能源将成为交通领域主要增长引擎 

气凝胶材料不但能够解决目前三元电池体系及其它电池体系的安全问题,也能够发 挥阻燃性能应用于汽车内饰材料中。

该类气凝胶复合材料可以耐受住电池包短路造成的高温能量瞬间冲击,更好地解决动力电池安全问题。

汽车传统应用亦存在优化空间

建筑建材赛道大,有望成气凝胶渗透最快领域

气凝胶在建材领域主要应用于墙体保温材料、保温涂料以及节能玻璃中,面向新建建筑和既有建筑节能改造两大场景。

气凝胶玻璃对 Low-E 玻璃形成替代

气凝胶成本端改善,利于国内发展

海外气凝胶企业成长复盘

凝胶全球市场长期向好,国内快速扩张

国内自主崛起,技术逐步成熟,产能快速扩张。我国气凝胶市场起步较晚,前期主要是采购国外气凝胶产品,价格较昂贵,市场推广力度也较小,近年来随着国内气凝胶技术成熟,产能增多,规模不断扩大,成本下降,再得益于国内节能减排政策推行和经济体量的的迅速扩大,气凝胶行业驶入了快赛道。2018 年美国 Aspen 公司发起对华的 337 调查,一定程度上倒逼了国内自主崛起,在学习和借鉴国外先进制备工艺时,注重自主创新,规避知识产权竞争。总体来看,现在我国气凝胶行业仍处于早期发展阶段,未来气凝胶材料的发展趋势仍然是降低成本,提升材料隔热性能,升级深化复材应用。作为新兴材料,相信国内会给予更多政策及研发支持。

国内主流企业目前包括埃力生高新科技有限公司、中国化学华陆科技有限公司、爱彼爱和新材料有限公司等埃力生开创了国内完整、连续的气凝胶隔热材料大型产业化生产技术,具备大型工业化生产气凝胶及气凝胶复合隔热材料能力,现已发展成为国内第一家、全球第二大能规模化生产气凝胶材料的领军企业。主要产品包括气凝胶颗粒、气凝胶毡以及气凝胶板。华陆科技是中国化学全资子公司,前身是化工部第六设计院,2020 年 月签署纳米气凝胶复合材料一体化项目,总投资 40 亿元,分三期建设,建成后将成为中国领先、世界一流的集研发、生产、上下游供应链为一体的气凝胶新材料产业基地。爱彼爱和是国内最早介入气凝胶工业化的企业之一,2017 年初,爱彼爱和拥有自主知识产权的全球单条产能最大的气凝胶生产线调试、运行成功。全部达产后,爱彼爱和将具备 30,000M³/年的气凝胶材料生产能力。

整体来看,我国的气凝胶产业在逐渐摆脱之前的产品结构低端化严重,产品成本优势不明显等劣势,行业的规模扩张进程加快。现阶段气凝胶产品下游主要集中在油气、工业管道保温领域。借鉴欧美日等发达国家及地区气凝胶产业发展路径,建筑、交通等领域气凝胶未来市场潜力巨大。

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