氣凝膠產(chǎn)業(yè)深度研究報(bào)告崛起氣凝膠助力碳中和

氣凝膠產(chǎn)業(yè)深度研究報(bào)告-崛起氣凝膠助力碳中和1

氣凝膠：15

項(xiàng)世界之最齊身的材料1931

年氣凝膠被發(fā)明出來(lái)，由于各類性質(zhì)非常極致，在過(guò)去的近百年里一直吸

引了眾多的目光。氣凝膠憑借極低的密度、極小的孔徑、極低的隔熱系數(shù)、極低的

聲音傳播速度等創(chuàng)下

15

項(xiàng)世界之最。同時(shí)，氣凝膠作為一類材料的統(tǒng)稱，隨著科

研人員研究的深入，陸續(xù)制備了多種氣凝膠。同時(shí)，氣凝膠方便加工，制品形態(tài)多

樣。綜上，氣凝膠的應(yīng)用場(chǎng)景眾多，從航天、軍工等要求嚴(yán)苛的高科技領(lǐng)域到工

業(yè)、交通、日用等領(lǐng)域，都有氣凝膠發(fā)揮性能的地方。1.1

氣凝膠是改變世界的神奇材料氣凝膠是一種固體物質(zhì)形態(tài)，也是世界上密度最小的固體，被稱為“凝固的煙”、

“藍(lán)煙”。曾被《科學(xué)》雜志譽(yù)為“可以改變世界的神奇材料”。氣凝膠之所以“神奇”，是因?yàn)樽陨砭哂泻芏鄻O致的性質(zhì)。氣凝膠曾經(jīng)因性質(zhì)優(yōu)

異創(chuàng)下

15

項(xiàng)“吉尼斯世界紀(jì)錄”。氣凝膠超級(jí)輕，是目前已知最輕的固體材料。在一些對(duì)重量要求苛刻同時(shí)對(duì)絕

熱要求極高的場(chǎng)景，氣凝膠是唯一選擇。在“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器中，“祝融號(hào)”火星車表面鋪設(shè)了大面積的氣

凝膠板。超輕的特性極大地減小了火星車的負(fù)擔(dān)，讓它跑得更快，跑得更遠(yuǎn)。同時(shí)，

在“天問(wèn)一號(hào)”著陸階段，周圍的溫度超過(guò)

1000℃，而

10mm左右的氣凝膠材料就能

夠使溫度處于可接受的范圍，在火星車巡視階段，氣凝膠能夠確?；鹦擒囋?130℃

的環(huán)境正常工作。二氧化硅氣凝膠是迄今為止保溫性能最好的材料。熱的傳遞有三種方式：熱對(duì)

流、熱傳導(dǎo)、熱輻射。最好的保溫絕熱材料需要是木桶型的。盡管空氣的熱導(dǎo)率很

低，但是我們能在一定距離內(nèi)感受到空調(diào)、火爐的溫度，是因?yàn)榭諝鉄醾鲗?dǎo)和熱輻

射的存在。而氣凝膠憑借極低的體積密度及納米網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的彎曲路徑阻止了氣態(tài)和

固態(tài)熱傳導(dǎo)的同時(shí)，由于其孔徑尺寸低于常壓下空氣分子平均自由程，氣凝膠空隙

中的空氣分子近似靜止，從而空氣的對(duì)流傳熱得到限制，趨于“無(wú)窮多”的空隙壁使

熱輻射降至最低。氣凝膠完美對(duì)抗了三種熱的傳遞方式，導(dǎo)熱系數(shù)甚至達(dá)到

0.013

W/m.K以下，比常溫下靜態(tài)空氣

0.025

W/m.K還低，因此是迄今為止最完美的隔熱材

料。在管道包裹保溫方面，達(dá)到相同的隔熱效果，氣凝膠氈的厚度僅為巖棉的三分

之一厚，膨脹珍珠巖的五分之一。氣凝膠多孔的

3D互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得離子、分子能夠容易地進(jìn)入內(nèi)部，而分層多

孔結(jié)構(gòu)提供了高比表面積和高反應(yīng)活性接觸面，這些結(jié)構(gòu)特性使碳?xì)饽z作為超級(jí)

電容器和電池中的非均相催化劑載體、吸附劑和電極材料有很好的應(yīng)用前景。除此

之外，氣凝膠還有憎水率高、使用壽命長(zhǎng)等性質(zhì)特點(diǎn)。1.2

氣凝膠族譜豐富，二氧化硅氣凝膠最成熟氣凝膠是通過(guò)溶膠凝膠法，用一定的干燥方式使氣體取代凝膠中的液相而形成

的一種納米級(jí)多孔固態(tài)材料。目前主流的氣凝膠制備過(guò)程就是溶膠-凝膠法與超臨界

干燥相結(jié)合。不同的化合物通過(guò)氣凝膠的制備過(guò)程形成了各種各樣的氣凝膠，豐富了氣凝膠

的品種、完善了氣凝膠性能、讓氣凝膠能在更多應(yīng)用中。目前最常見(jiàn)也是發(fā)展最為成熟的氣凝膠是二氧化硅氣凝膠，二氧化硅氣凝膠屬

于氧化物氣凝膠，除此之外，還有碳化物氣凝膠、氮化物氣凝膠、有機(jī)氣凝膠、碳?xì)?/p>

凝膠、生物質(zhì)氣凝膠、復(fù)合氣凝膠及其他氣凝膠。各個(gè)分類中中已經(jīng)合成了多種化

合物氣凝膠，結(jié)構(gòu)性質(zhì)各異。1.3

氣凝膠形態(tài)多樣，應(yīng)用廣闊氣凝膠的形態(tài)多樣，包括氈、板、顆粒和涂料等。多樣化的產(chǎn)品形式使得氣凝膠

的應(yīng)用更加靈活廣泛，下游市場(chǎng)需求空間巨大。氣凝膠性質(zhì)優(yōu)異，應(yīng)用已經(jīng)遍布于石化、軍工、航天、電池、環(huán)保、建筑、交通

等各個(gè)領(lǐng)域。氣凝膠對(duì)這些領(lǐng)域中的原始材料有明顯優(yōu)勢(shì)，因此替代空間巨大。在石化領(lǐng)域，氣凝膠憑借極佳的隔熱保溫性能可以作為外保溫材料，如蒸餾塔、

反應(yīng)管道、儲(chǔ)罐、泵、閥門、天然氣和

LNG液化氣管道、深海管道等等。在高溫蒸

汽、導(dǎo)熱油或流體介質(zhì)管線外包裹氣凝膠，一方面減少了管道暴露損失熱量，另一

方面這些區(qū)域往往受到重量、空間的限制，需要保溫材料輕量又輕薄，氣凝膠是唯

一完美契合的材料。同時(shí)，在海上漏油事故處理中，氣凝膠質(zhì)量輕、吸附能力極強(qiáng)，

也得到認(rèn)可。在環(huán)保領(lǐng)域，纖維素氣凝膠可作為吸附劑從水中吸附油和其他有毒有機(jī)物，被

廣泛地應(yīng)用于吸附脫除染料廢水。此外，生物質(zhì)碳?xì)饽z可以去除水中的多種重金

屬離子，如

Co(II)、Cd(II)、Pb(II)和

Sr(II)。在建筑領(lǐng)域，房屋門窗、墻壁的隔熱保溫正越來(lái)越被重視?，F(xiàn)有的保溫材料或隔

熱能力不夠理想，或達(dá)到理想效果厚度太厚、太重，也有一些隔熱能力較好的材料

但阻燃能力不佳，容易引發(fā)房屋火災(zāi)。而氣凝膠既可以作為現(xiàn)有保溫材料的升級(jí)替

代，同時(shí)兼顧防火、隔聲等功能，有望顛覆建筑保溫材料現(xiàn)有格局。在軍工領(lǐng)域，氣凝膠的性能得到了充分驗(yàn)證。在軍車上覆蓋

6

毫米的防彈型

氣凝膠就能夠承受炸藥帶來(lái)的破壞力。東風(fēng)-17

以氣凝膠隔熱材料作為外衣，使得東

風(fēng)-17

在極快加速度的同時(shí)不被空氣摩擦所產(chǎn)生的高溫給破壞，而且氣凝膠材料良

好的透波性能不會(huì)阻擋東風(fēng)-17

內(nèi)部的制導(dǎo)裝置。另外，氣凝膠可以作為飛機(jī)、艦船/艇、坦克、導(dǎo)彈等的外層材料,起到防輻射、吸收紅外線和漫反射波實(shí)現(xiàn)隱形

功能，屏蔽自身電子信號(hào)實(shí)現(xiàn)反偵察的功能。在水下探測(cè)中氣凝膠的低聲速和高

孔隙超輕質(zhì)特性使之成為比較理想的超聲探測(cè)器的聲阻耦合材料和最佳水聲反聲材

料。當(dāng)然，氣凝膠也用于軍用保溫帳篷等領(lǐng)域。在航天領(lǐng)域，對(duì)材料的絕熱、輕量、抗壓能力要求最為嚴(yán)苛。俄羅斯“和平”號(hào)

空間站、美國(guó)“火星探路者”探測(cè)器和“火星漫步者”探測(cè)車、我國(guó)“長(zhǎng)征五號(hào)”運(yùn)

載火箭和“祝融號(hào)”火星車都曾使用氣凝膠材料進(jìn)行絕熱保溫材料，“星辰號(hào)”飛船

用來(lái)收集彗星塵也使用了氣凝膠做的采集“手套”。2016

年

8

月，中國(guó)航天科工三院

306

所聯(lián)手華星美科新材料科技（江蘇）有限公司舉行簽約儀式，共同組建成立氣凝

膠技術(shù)國(guó)際研發(fā)中心，力圖打造國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的氣凝膠技術(shù)研發(fā)基地。在電池領(lǐng)域，目前鋰離子動(dòng)力電池組熱失控事故時(shí)有發(fā)生，阻止熱失控電芯向

電池其他系統(tǒng)傳熱是主要解決思路。氣凝膠氈具有防火、隔熱、阻燃的特性，而且質(zhì)感柔軟、易于加工，是非常理想的預(yù)防材料；另外在熱電池應(yīng)用領(lǐng)域，氣凝膠作為熱

電池保溫筒的隔熱材料能夠解決多領(lǐng)域?qū)犭姵氐母咝阅堋㈤L(zhǎng)壽命的要求。目前新

開(kāi)發(fā)的氣凝膠玻纖氈能夠?qū)㈦姵匕邷啬褪苣芰μ岣咧?/p>

800℃以上，大大提高電池

的耐熱性。在交通領(lǐng)域，氣凝膠材料主要應(yīng)用在汽車防火隔熱保溫降噪層，大容量電池組

防火防水保溫盒，危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸車、液化天然氣運(yùn)輸船等特種運(yùn)輸工具的保溫防

火層，高鐵和地鐵車體保溫隔熱降噪防火層等。在交通事故引發(fā)的火災(zāi)中，著火點(diǎn)

一般集中在發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)位置。在發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)和駕駛艙之間加一層氣凝膠防火隔離墻，可

以阻隔火勢(shì)蔓延到駕駛艙中。在日常生活中，凡是需要保溫的地方，氣凝膠都具有應(yīng)用的可能性。

氣凝膠滑雪服：超薄的保溫厚度和良好的柔韌性，A級(jí)防火性能和荷葉般的疏水

性能，使氣凝膠防寒服相比傳統(tǒng)羽絨服更薄一些，而且保溫性能極好。克羅值是評(píng)定衣服保暖效果的重要指標(biāo)。研究者們總結(jié)出了一個(gè)服裝熱阻計(jì)算

公式：

Iclo=6.45×[（tS-tA）/Φ]-0.8

在這一公式中，tS為人體溫度，通常取

33.3℃；tA為環(huán)境溫度；Φ為單位面積

的單層服裝在單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量，一般取M的75%，M為人的基礎(chǔ)代謝熱量58W/m；

Iclo為人體身上穿的所有衣服克羅值（clo）的總和，檢測(cè)表明，0.2cm厚的氣凝膠

復(fù)合棉纖氈的克羅值為

1.73。理論上，人體單穿一件內(nèi)襯

0.6cm厚氣凝膠復(fù)合棉纖

氈的衣服，即可在-8℃的環(huán)境溫度下保證溫暖。氣凝膠復(fù)合棉纖氈的熱導(dǎo)率為

3.77

W/（m2·K），羽絨的熱導(dǎo)率為

5.93

W/（m2·K），

僅

0.2cm厚的氣凝膠復(fù)合棉纖氈（保溫率

74.03%），即可相當(dāng)于

4cm厚的羽絨纖維

（保溫率

78.12%）的保溫效果。氣凝膠網(wǎng)球拍：以氣凝膠為填充材料制成的網(wǎng)球拍或羽毛球拍，利用氣凝膠的

納米多孔結(jié)構(gòu)，可以更好地吸能、減震，大大降低了患上“網(wǎng)球肘”的風(fēng)險(xiǎn)。另外，

這種球拍的擊球能力更強(qiáng)大。氣凝膠登山靴：氣凝膠材料可以應(yīng)用在鞋墊、鞋面、鞋跟和踝部包裹等部位。通

常的使用方法是在兩層面料中間夾一層氣凝膠材料。而使用約

2mm厚的氣凝膠材料

即可以滿足鞋子的保溫性能需求。2

產(chǎn)業(yè)鏈或加速脫瓶頸氣凝膠自

20

世紀(jì)

30

年代發(fā)明以來(lái)一直是研究人員的寵兒，但在應(yīng)用端卻并沒(méi)

有得到普及。究其原因是氣凝膠的技術(shù)不夠成熟、成本過(guò)高。目前我們看到國(guó)內(nèi)在

氣凝膠原料成本和工藝技術(shù)上或有巨大突破，因此看好氣凝膠這一次的完全崛起。2.1

原料成本有望下降目前產(chǎn)業(yè)化程度最高的氣凝膠為硅基氣凝膠，其生產(chǎn)成本主要集中在原料硅源、

干燥設(shè)備折舊和能耗三塊，換言之氣凝膠的成本下降需要在這三方面發(fā)力。二氧化硅氣凝膠的制備過(guò)程首先要得到二氧化硅凝膠，再通過(guò)干燥手段使氣體

取代凝膠中的液相從而形成氣凝膠。目前，生產(chǎn)原料有兩種。一種是無(wú)機(jī)硅源，包括

水玻璃（硅酸鈉）和四氯化硅，另一種是有機(jī)硅源，包括正硅酸甲酯（TMOS，又稱四

甲氧基硅烷）和正硅酸乙酯（TEOS，又稱四乙氧基硅烷）等功能性硅烷。其中，有機(jī)硅源純度高，工藝適應(yīng)性好，可以適配超臨界干燥以及常壓干燥工

藝，但有機(jī)硅元作為原料的缺陷是價(jià)格高，目前國(guó)內(nèi)外采用超臨界干燥工藝的企業(yè)

基本上都是采用有機(jī)硅源。無(wú)機(jī)硅源相對(duì)更加廉價(jià)，但長(zhǎng)期以來(lái)應(yīng)用較少。一方面

是由于無(wú)機(jī)硅源只能應(yīng)用于常壓干燥技術(shù)，常壓法發(fā)展還較不成熟；另一方面，以

水玻璃為硅源的氣凝膠制備過(guò)程中需要大量水洗凝膠中的鈉鹽，而鈉鹽的水溶液難

分離，造成大量的廢水難以處理，處理不當(dāng)可能會(huì)造成大面積的土地鹽堿化。

因此，目前最主流產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)路線是正硅酸酯為原料結(jié)合超臨界干燥工藝的生

產(chǎn)過(guò)程。正硅酸甲酯、正硅酸乙酯均屬于功能性硅烷。通常將主鏈為

Si-O-C結(jié)構(gòu)的有機(jī)

硅小分子統(tǒng)稱為功能性硅烷。功能性硅烷按用途分類可以分為硅烷偶聯(lián)劑和硅烷交

聯(lián)劑。硅烷交聯(lián)劑可以分為脫酸型、脫酮肟型和脫醇型三種。制作氣凝膠的正硅酸

甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷等屬于脫醇型交聯(lián)劑。全球功能性硅烷市場(chǎng)規(guī)模從

2015

年的

13.3

億美

元增至

2020

年的

17

億美元，CAGR為

5%。其中亞太地區(qū)硅烷需求強(qiáng)勁，是推動(dòng)全球

硅烷市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要因素。中國(guó)作為世界主要硅烷消費(fèi)國(guó)，將引領(lǐng)亞太地區(qū)硅烷市

場(chǎng)的發(fā)展。2019

年全球功能性硅烷產(chǎn)能約為

62.1

萬(wàn)噸/年，產(chǎn)量約為

43.9

萬(wàn)噸。功

能性硅烷主要用于橡膠加工、粘合劑、復(fù)合材料等領(lǐng)域。我國(guó)是世界最大的功能性硅烷生產(chǎn)、出口與消費(fèi)國(guó)。盡管中國(guó)功能性硅烷

2019

年產(chǎn)能占全球功能性硅烷產(chǎn)能的

69.1%，位居第一，也是最大的出口國(guó)以及主要硅烷

消費(fèi)國(guó)。但我國(guó)硅烷以含硫硅烷為主。交聯(lián)劑主要依賴進(jìn)口，因此導(dǎo)致有機(jī)硅源成本高

昂。隨著中國(guó)未來(lái)硅烷交聯(lián)劑產(chǎn)能的大幅提升，自給率將會(huì)逐漸提升，從而降低氣

凝膠的生產(chǎn)成本。2019

年，我國(guó)出口的硅烷品種主要為含硫硅烷，主要出口去向?yàn)槊绹?guó)、印度、

韓國(guó)、日本、荷蘭等國(guó)家或地區(qū)。同時(shí)，我國(guó)進(jìn)口的硅烷品種主要為環(huán)氧基硅烷及交

聯(lián)劑，主要來(lái)自美國(guó)、日本和德國(guó)。未來(lái)，在安全和環(huán)保要求持續(xù)收緊、供給側(cè)改革持續(xù)推進(jìn)的背景下，硅烷企業(yè)將

朝著大型化、一體化和區(qū)域化的趨勢(shì)發(fā)展。隨著新能源汽車、復(fù)合材料和表面處理

等新興市場(chǎng)需求的壯大成熟，預(yù)計(jì)到

2023

年，我國(guó)硅烷總產(chǎn)量將達(dá)到

39

萬(wàn)噸，與

2019

年相比，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為

9.6%。另外國(guó)內(nèi)常壓干燥技術(shù)也在進(jìn)步，未來(lái)不再是制約無(wú)機(jī)硅源的瓶頸。四氯化硅

大部分為多晶硅副產(chǎn)物。據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù)顯示，每生產(chǎn)

1

千克多晶硅將產(chǎn)生

10-15

千克四氯化硅。而四氯化硅隨著多晶硅產(chǎn)能的陸續(xù)投放，原料供給充足。中國(guó)多晶硅產(chǎn)量連續(xù)七年位居全球首位。2020

年中國(guó)多晶硅產(chǎn)量為

39.2

萬(wàn)噸，

同比增長(zhǎng)

14.6%，約占全球產(chǎn)量的

73%。由于下游光伏產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，硅料長(zhǎng)期處于

供不應(yīng)求的局面，自

2017

年起多家硅料企業(yè)均開(kāi)啟多晶硅產(chǎn)能擴(kuò)張，2015-2020

年

中國(guó)多晶硅年產(chǎn)量從

16.5

萬(wàn)噸增長(zhǎng)至

39.2

萬(wàn)噸，復(fù)合增速

18.9%，同時(shí)中國(guó)多晶硅產(chǎn)

量占全球比例連年上升。預(yù)計(jì)在

2021-2025

年間，多晶硅料產(chǎn)量仍將處于高速增長(zhǎng)期。按照復(fù)合增長(zhǎng)率

20%,預(yù)計(jì)到

2025

年我國(guó)多晶硅年產(chǎn)量將達(dá)近

100

萬(wàn)噸，副產(chǎn)的四氯化硅就將達(dá)

1000

萬(wàn)～1500

萬(wàn)噸。原材料充足以及產(chǎn)業(yè)鏈一體化的形成將有效降低氣凝膠材料成本中樞，

在市場(chǎng)上的替代效應(yīng)更為明顯。2.2

干燥工藝取得進(jìn)步氣凝膠的生產(chǎn)首先是溶膠-凝膠反應(yīng)過(guò)程，然后是利用干燥工藝去除孔內(nèi)液體。

為了去除溶劑而不會(huì)使孔隙塌陷，干燥工藝對(duì)于氣凝膠的合成至關(guān)重要，而干燥工

藝在氣凝膠成本中也占有絕對(duì)分量。干燥工藝可分為超臨界干燥、亞臨界干燥、冷凍干燥以及常壓干燥。目前超臨界

干燥工藝和常壓干燥工藝是主流干燥工藝。超臨界干燥技術(shù)率先實(shí)現(xiàn)批量制備氣凝

膠技術(shù),目前已經(jīng)較為成熟。超臨界干燥是通過(guò)對(duì)壓力和溫度的控制使溶劑在干燥過(guò)

程中達(dá)到其本身的臨界點(diǎn)，形成一種超臨界流體，處于超臨界狀態(tài)的溶劑無(wú)明顯表

面張力，從而可以實(shí)現(xiàn)凝膠在干燥過(guò)程中保持完好骨架結(jié)構(gòu)。由于超臨界干燥工藝技術(shù)成熟、生產(chǎn)產(chǎn)品純度高，因此被廣泛應(yīng)用于軍工、航天

等領(lǐng)域，但超臨界設(shè)備屬于特種設(shè)備，制造有門檻、投入高，使得成本承壓。而常壓

干燥工藝的設(shè)備投入較低，對(duì)廉價(jià)硅源接納能力強(qiáng)，但由于常壓干燥工藝對(duì)配方設(shè)

計(jì)和流程組合優(yōu)化要求高，目前工藝不夠成熟。超臨界干燥包括高溫超臨界干燥、二氧化碳超臨界干燥。1984

年，瑞典隆德集

團(tuán)以正硅酸甲酯為硅料、采用高溫超臨界干燥生產(chǎn)二氧化硅氣凝膠的工程中，因高

壓釜泄漏甲醇蒸汽發(fā)生爆炸。美國(guó)

ArlonHunt發(fā)明了以正硅酸乙酯為硅源，搭配超

臨界二氧化碳干燥技術(shù)（以二氧化碳作為干燥介質(zhì)），一方面正硅酸乙酯毒性較正硅

酸甲酯更低，更一方面由于二氧化碳的臨界點(diǎn)溫度和壓力更低，使得干燥過(guò)程的盡管目前超臨界干燥工藝日益成熟、產(chǎn)品質(zhì)量滿足產(chǎn)業(yè)化要求，但是超臨界干

燥設(shè)備制造具有一定門檻，且原料有機(jī)硅源價(jià)格較高。而根據(jù)

NASA數(shù)據(jù)顯示，常壓

干燥的制造成本是超臨界工藝的

1/20。因此，常壓干燥工藝仍然一直被生產(chǎn)廠家、

研究機(jī)構(gòu)所關(guān)注的。常壓干燥原理是采用疏水基團(tuán)對(duì)凝膠骨架進(jìn)行改性，避免凝膠孔洞表面的硅羥

基相互結(jié)合并提高彈性，同時(shí)采用低表面張力液體置換凝膠原來(lái)高比表面積的水或

乙醇從而可以在常壓下直接干燥獲得性能優(yōu)異的氣凝膠材料。但常壓干燥對(duì)前期處

理要求很高，且在干燥過(guò)程中由于孔隙中固液界面的表面張力非常大，易發(fā)生收縮

和開(kāi)裂。因此只有對(duì)常壓工藝成熟的生產(chǎn)企業(yè)才具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，否則成本優(yōu)勢(shì)并不

突出。此外，研究員也在研究其他創(chuàng)新性方法生產(chǎn)氣凝膠。根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，當(dāng)蜻蜓從幼蟲(chóng)中脫殼而出時(shí)，翅膀像果凍一樣，但在很短的

時(shí)間內(nèi)會(huì)膨脹變硬并變得完全干燥，變成類似于氣凝膠的多孔分層結(jié)構(gòu)。原因是蜻

蜓身體會(huì)產(chǎn)生碳酸氫鹽分子，釋放二氧化碳?xì)怏w，調(diào)節(jié)身體壓力并同時(shí)干燥翅膀，

這會(huì)”吹出“水分，讓它們的翅膀變得干燥，穩(wěn)定，輕盈且結(jié)實(shí)。實(shí)驗(yàn)人員受此啟發(fā)，

通過(guò)在硅膠中加入碳酸氫鹽溶劑，并采用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳從內(nèi)向外干燥凝膠，

同時(shí)，二氧化碳被鎖在孔質(zhì)結(jié)構(gòu)中，防止了氣凝膠的塌陷。研究人員宣稱，這項(xiàng)技術(shù)將使生產(chǎn)成本降低

96％，從每公斤

100

美元左右降至

4

美元。2.3

市場(chǎng)需求增長(zhǎng)突出過(guò)去七年，我國(guó)氣凝膠市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步高速增長(zhǎng)。我國(guó)氣凝膠市場(chǎng)主要分氣凝膠

制品和氣凝膠材料兩部分。氣凝膠制品的市場(chǎng)規(guī)模從

2014

年

2.07

億元增長(zhǎng)到

2020

年的

14.1

億元，復(fù)合

增長(zhǎng)率達(dá)到

37.7%；氣凝膠材料的市場(chǎng)規(guī)模從

2014

年

1.83

億元增長(zhǎng)到

2020

年的

15.9

億元，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到

43.4%。從全球市場(chǎng)看，與隔熱材料整體市場(chǎng)比較，氣凝膠市場(chǎng)規(guī)模雖然目前占比不是

很大，但增長(zhǎng)尤為迅速。目前氣凝膠下游需求結(jié)構(gòu)有

56%來(lái)自油氣項(xiàng)目，18%用于工

業(yè)隔熱，9%用于建筑建造，8%用于交通。而在

2026

年，將有

14%用于建筑，而交通

領(lǐng)域的需求將增至

13%。目前眾多研究機(jī)構(gòu)報(bào)告都表明，未來(lái)全球范圍內(nèi)的新能源汽車高速增長(zhǎng)幾乎已

經(jīng)成為共識(shí)，對(duì)于新能源汽車來(lái)說(shuō)續(xù)航里程的提升需要高能量密度的動(dòng)力電池支持，

但高能量密度電池的安全性是目前需要解決的難題。氣凝膠作為電池?zé)峁芾淼年P(guān)鍵材料將扮演重要角色。根據(jù)我們?nèi)A安團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)，2025

年我國(guó)汽車與工業(yè)管道領(lǐng)域氣凝膠的市場(chǎng)規(guī)模將

達(dá)到

64-77

億元，2030

年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到

183-234

億元。如考慮在建筑建材、航天

軍工、日常生活等其他領(lǐng)域氣凝膠需求增長(zhǎng)，以及碳中和加速帶來(lái)爆發(fā)性增長(zhǎng)，市

場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)空間會(huì)更大。2.4

新增供給有利市場(chǎng)目前國(guó)際上關(guān)于氣凝膠的研究主要集中在德、美、法、日等國(guó)，而在國(guó)內(nèi)，氣凝

膠也已經(jīng)有超過(guò)二十年的研究歷史，主要研究單位以國(guó)家納米中心、中科院、國(guó)防

科大、同濟(jì)大學(xué)等為代表。可以說(shuō)，氣凝膠是我國(guó)少數(shù)從工藝到產(chǎn)業(yè)化都能與國(guó)際

水平相提并論的頂級(jí)新材料，未來(lái)氣凝膠產(chǎn)業(yè)有望成為我國(guó)的王牌產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)全球

發(fā)展。目前我國(guó)氣凝膠產(chǎn)業(yè)代表性的生產(chǎn)企業(yè)有數(shù)十家，技術(shù)路線主要以成熟的二氧

化碳超臨界萃取工藝為主，而超臨界萃取工藝的壁壘之一是干燥設(shè)備。其中，貴州

航天烏江機(jī)電設(shè)備有限責(zé)任公司是國(guó)內(nèi)唯一集超臨界萃取裝備設(shè)計(jì)、制造為一體的

生產(chǎn)廠家，具有較強(qiáng)的超臨界萃取成套裝備開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和超臨界流體技術(shù)應(yīng)用研究能

力，與國(guó)內(nèi)外設(shè)備相比更加節(jié)能。近年也有企業(yè)新建產(chǎn)能采用常壓干燥工藝、減壓干燥工藝。納諾科技現(xiàn)有

1

萬(wàn)方氣凝膠超級(jí)絕熱材料中

5000

方是常壓法，5000

方是超臨

界，新建

12000

方也將采用常壓法。根據(jù)弘大科技官網(wǎng)介紹，弘大科技自主設(shè)計(jì)研

發(fā)的低成本減壓干燥技術(shù)能夠使年產(chǎn)

100

立方米氣凝膠的生產(chǎn)設(shè)備投資由

5000

萬(wàn)元

降到

200

萬(wàn)元。隨著以華陸新材為代表等在建產(chǎn)能陸續(xù)投產(chǎn)，此外還有宏柏新材等公司準(zhǔn)備量

產(chǎn)，我們認(rèn)為供給端的擴(kuò)大將有利于氣凝膠的市場(chǎng)滲透率的提升和成本下降。3

崛起重點(diǎn)在于存量替代和增量拓展長(zhǎng)期以來(lái)，氣凝膠的技術(shù)成果層出不窮，但我們認(rèn)為，在繼續(xù)探索新技術(shù)、低成

本技術(shù)手段生產(chǎn)氣凝膠的同時(shí)，后續(xù)更應(yīng)注重氣凝膠的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。簡(jiǎn)言之，對(duì)于具

有極致性質(zhì)的氣凝膠材料，尋找性價(jià)比契合的市場(chǎng)領(lǐng)域比做好氣凝膠更重要。3.1

技術(shù)升級(jí)和應(yīng)用拓展成就氣凝膠氣凝膠的發(fā)展歷史就是一個(gè)技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用拓展互相促進(jìn)的過(guò)程。自

1931

年氣

凝膠誕生以來(lái)，氣凝膠歷經(jīng)四次產(chǎn)業(yè)化。第一次產(chǎn)業(yè)化是美國(guó)孟山都公司主導(dǎo)，但

由于成本過(guò)高、應(yīng)用開(kāi)發(fā)滯后而失?。坏诙萎a(chǎn)業(yè)化在

20

世紀(jì)

80

年代，因高溫超

臨界爆炸以及新技術(shù)經(jīng)營(yíng)不善而告終；第三次產(chǎn)業(yè)化中美國(guó)

AspenAerogel成功將

氣凝膠商業(yè)化，將其應(yīng)用于航天軍工、石化領(lǐng)域，受到市場(chǎng)青睞；目前氣凝膠處于我

國(guó)主導(dǎo)的第四次產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，新增眾多產(chǎn)能的同時(shí)進(jìn)一步將氣凝膠的應(yīng)用拓展到

了電池、交通等民用領(lǐng)域?；仡櫄饽z的產(chǎn)業(yè)化歷程，數(shù)次受挫都與市場(chǎng)需求開(kāi)發(fā)不足和價(jià)格過(guò)高有關(guān)。

作為絕熱材料，氣凝膠必須直面其他廉價(jià)材料的競(jìng)爭(zhēng)。而技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)能擴(kuò)大、市場(chǎng)

認(rèn)識(shí)的提高、需求升級(jí)將有助于這一市場(chǎng)的發(fā)展。因此，氣凝膠的必經(jīng)之路是普及

應(yīng)用的過(guò)程。近年來(lái)，我國(guó)陸續(xù)推出有關(guān)氣凝膠的政策文件，對(duì)氣凝膠的產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行指導(dǎo)

和促進(jìn)。3.2

氣凝膠替代傳統(tǒng)材料是“降維打擊”在純粹追求性能的前提下，氣凝膠對(duì)同類材料相比是“降維打擊”。圖片上傳中......目前除了在一些領(lǐng)域氣凝膠不夠經(jīng)濟(jì)，在隔熱、防水、防火、耐壓、透氣等多個(gè)

維度，氣凝膠都很能打。在耐久性方面，硅基氣凝膠本身是很脆，但通過(guò)與增強(qiáng)纖維

等材料的復(fù)合制備，硅基氣凝膠材料耐用性已經(jīng)足夠，理論使用年限約為

20

年（與

一般建筑物的壽命相當(dāng)）,最低使用年限

15

年。在工業(yè)管道領(lǐng)域替代硅酸鹽氈等傳統(tǒng)保溫材料。為在油氣開(kāi)采中需盡可能做好注

汽管道的保溫、盡可能縮小注汽鍋爐與井口間的蒸汽溫降，在電力行業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)中

做好管道保溫方可提高熱電聯(lián)產(chǎn)的輻射范圍。長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)管道采用硅酸鹽氈等

做保溫材料，其使用壽命短、結(jié)構(gòu)松散，而且吸水導(dǎo)致管道表面腐蝕嚴(yán)重。替代品氣

凝膠氈具有柔韌度高，導(dǎo)熱系數(shù)低，疏水性能好，經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在工業(yè)管道

既可有效降低能源損耗，又可延長(zhǎng)管道使用壽命。根據(jù)實(shí)際案例分析，管道外徑為

88.9mm，蒸汽溫度

350°C，1000m長(zhǎng)，氣凝膠

與傳統(tǒng)保溫材料的使用厚度、保溫效果對(duì)比如下：方案一：氣凝膠氈作為保溫材料，內(nèi)層用鋁箔降低熱輻射，保溫層外用彩鋼板防

護(hù)；方案二：氣凝膠氈作為主體保溫材料，復(fù)合硅酸鹽氈輔助保溫，內(nèi)層用鋁箔降低

熱輻射，保溫層外用彩鋼板防護(hù)；方案三：復(fù)合硅酸鹽氈作為保溫材料，內(nèi)層用鋁箔降低熱輻射，保溫層外用彩鋼板防護(hù)。3.3

汽車領(lǐng)域是氣凝膠最具確定性的增量領(lǐng)域在汽車領(lǐng)域，氣凝膠材料既可以用于整車制造，又可以用于新能源汽車電池。

整車方面，氣凝膠材料可以起到防火、隔熱、保溫、降噪等作用，在駕駛倉(cāng)和發(fā)

動(dòng)倉(cāng)間加一層氣凝膠防火隔離墻，汽車著火點(diǎn)一般集中在發(fā)動(dòng)機(jī)，汽車內(nèi)飾多是織

物等易燃物，氣凝膠防火隔離墻可阻止火勢(shì)進(jìn)入駕駛倉(cāng)，為司機(jī)和乘客的撤逃留有

更多寶貴時(shí)間。電池方面，目前新能源汽車的動(dòng)力源主要來(lái)自于以鋰離子電池為主的動(dòng)力電池

系統(tǒng)。應(yīng)消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車?yán)锍痰男枨螅瑒?dòng)力電池的能量密度在不斷提高。根據(jù)《中

國(guó)制造

2025》關(guān)于動(dòng)力電池的發(fā)展規(guī)劃：2020

年，單個(gè)電芯級(jí)別的能量密度達(dá)到

300Wh/kg；2025

年，達(dá)到

400Wh/kg；2030

年，達(dá)到

500Wh/kg。在能量密度不斷提高的同時(shí)，動(dòng)力電池的安全性成為新的瓶頸。近年來(lái)，屢有新能源車起火新聞見(jiàn)之報(bào)端。其中電池自燃占起火原因的比例高達(dá)

38%。鋰離子動(dòng)力電池在發(fā)生熱失控是一個(gè)連鎖放熱過(guò)程，不是瞬間完成的。隨著溫

度不斷升高依次是：高溫容量衰減——SEI膜分解——負(fù)極——電解液反應(yīng)——隔

膜熔化過(guò)程——正極分解反應(yīng)——電解質(zhì)溶液分解反應(yīng)——負(fù)極與粘接劑反應(yīng)——

電解液燃燒等。這為我們解決動(dòng)力電池?zé)崾Э靥峁┝怂悸?。通過(guò)在電池組內(nèi)增加隔

熱層，阻斷熱失控從失控單體向周圍傳播，從而可以降低電池組的損害以及附帶的

破壞作用。2020

年

5

月

12

日，GB38031-2020《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》發(fā)布。

這是我國(guó)電動(dòng)汽車領(lǐng)域首批強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之一，于

2021

年

1

月

1

日實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)

在優(yōu)化電池單體模組安全要求的同時(shí)，重點(diǎn)強(qiáng)化了電池系統(tǒng)熱安全、機(jī)械安全、電

氣安全以及功能安全要求，試驗(yàn)項(xiàng)目涵蓋系統(tǒng)熱擴(kuò)散、外部火燒、機(jī)械沖擊、模擬碰

撞、濕熱循環(huán)、振動(dòng)、泡水、外部短路、過(guò)溫、過(guò)充等。特別要求電池單體在熱失控

后，電池系統(tǒng)在

5

分鐘內(nèi)不起火不爆炸，為成員安全預(yù)留逃生時(shí)間。做好電池組熱管理至關(guān)重要，寧德時(shí)代、上汽通用、宇通客車等公司的解決方案

是在電芯之間放置氣凝膠。氣凝膠材料導(dǎo)熱系數(shù)低，防火、防水性能優(yōu)異，占用空間

小，壽命長(zhǎng)，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染，是最佳的汽車電池隔熱材料。同時(shí)，動(dòng)力電車的性能

受溫度影響較大，溫度過(guò)低會(huì)影響到再生制動(dòng)系統(tǒng)的性能，充電速度過(guò)慢而且充不

滿電，氣凝膠也能保障電池溫度不會(huì)過(guò)低。根據(jù)上汽通用公司介紹，公司在純電動(dòng)

MAV別克微藍(lán)的電芯之間加入了納米級(jí)

氣凝膠，為別克微藍(lán)

410KM版

140Wh/kg的高電池能量密度和

13.1kW·h的低能耗做

出了貢獻(xiàn)，強(qiáng)化了別克微藍(lán)電池組的安全性，為別克微藍(lán)的高壓系統(tǒng)能滿足系統(tǒng)安

全

ASILD（汽車安全性等級(jí)最高等級(jí)）標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。4

重點(diǎn)企業(yè)分析4.1

中國(guó)化學(xué)中國(guó)化學(xué)是一家集勘察、設(shè)計(jì)、施工為一體，知識(shí)技術(shù)相對(duì)密集的工業(yè)工程公

司，是我國(guó)化學(xué)工業(yè)工程領(lǐng)域內(nèi)資質(zhì)最為齊全、功能最為完備、業(yè)務(wù)鏈較為完整的

工業(yè)工程公司之一。公司開(kāi)展“三年五年規(guī)劃，十年三十年愿景目標(biāo)”中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)

略，以人才技術(shù)優(yōu)勢(shì)為依托，實(shí)現(xiàn)研發(fā)和實(shí)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，使實(shí)業(yè)成為推動(dòng)企業(yè)發(fā)展

的重要板塊，其中氣凝膠項(xiàng)目的建設(shè)是一項(xiàng)重大突破。當(dāng)前公司氣凝膠產(chǎn)品的在建

項(xiàng)目位于重慶。中國(guó)化學(xué)氣凝膠項(xiàng)目建設(shè)單位是中化學(xué)華陸新材料有限公司，建成后中國(guó)化學(xué)

氣凝膠項(xiàng)目將成為中國(guó)領(lǐng)先、世界一流的集研發(fā)、生產(chǎn)、上下游供應(yīng)鏈為一體的氣

凝膠新材料產(chǎn)業(yè)基地。中化學(xué)華陸新材料有限公司（簡(jiǎn)稱“華陸新材”）于

2020

年

09

月

23

日成立，

由華陸工程科技有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“華陸科技”）控股。2018

年

12

月，華陸科技

投資參股中國(guó)航天科工集團(tuán)貴州航天烏江機(jī)電設(shè)備有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“航天烏江”）。

航天烏江是國(guó)內(nèi)唯一集超臨界萃取裝備設(shè)計(jì)、制造為一體的生產(chǎn)廠家，具有較

強(qiáng)的超臨界萃取成套裝備開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和超臨界流體技術(shù)應(yīng)用研究能力，與國(guó)內(nèi)外設(shè)備

相比更加節(jié)能。華陸科技對(duì)航天烏江原氣凝膠復(fù)合材料生產(chǎn)線進(jìn)行改造和技術(shù)升級(jí)，聯(lián)合航天

烏江進(jìn)行大規(guī)模、連續(xù)化生產(chǎn)氣凝膠復(fù)合材料全過(guò)程工藝流程開(kāi)發(fā)，新增了溶劑高

效回收系統(tǒng)、智能行車機(jī)器人與超臨界干燥設(shè)備快開(kāi)裝置協(xié)同控制系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)

軍用技術(shù)轉(zhuǎn)民用。在此之前，中國(guó)化學(xué)也曾助力陽(yáng)煤集團(tuán)建成投產(chǎn)亞洲最大氣凝膠項(xiàng)目。2018

年，

陽(yáng)煤集團(tuán)與深圳中凝科技有限公司達(dá)成戰(zhàn)略合作，合資成立了陽(yáng)中新材氣凝膠生產(chǎn)

企業(yè)。擬建設(shè)項(xiàng)目為

30

萬(wàn)立方米/年氣凝膠絕熱氈、2

萬(wàn)噸/年氣凝膠粉體、5

萬(wàn)噸/

年功能性聚酯纖維。項(xiàng)目分三期建設(shè)，一期項(xiàng)目建設(shè)產(chǎn)能為2萬(wàn)立方米/年氣凝膠氈、

1000

噸/年氣凝膠粉體。中國(guó)化學(xué)旗下賽鼎公司作為一期項(xiàng)目的總承包單位，實(shí)現(xiàn)了

當(dāng)年開(kāi)工、當(dāng)年建成、當(dāng)年投產(chǎn)的“氣凝膠速度”，幫助陽(yáng)煤集團(tuán)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展。4.2

泛亞微透公司通過(guò)對(duì)

ePTFE（膨脹聚四氟乙烯）膜的改性及與基礎(chǔ)吸音棉、高性能干燥劑、

SiO2氣凝膠等材料復(fù)合，不斷開(kāi)發(fā)具有特殊聲、電、磁、熱、防水透氣、氣體管理、

耐候耐化學(xué)等特性的組件產(chǎn)品。公司生產(chǎn)的氣凝膠產(chǎn)品應(yīng)用于航天、集中供熱、集

中供冷、石油、天然氣、化工、建筑、交通、冶金、電子、環(huán)保等領(lǐng)域，氣凝膠材料

在高鐵列車保溫隔聲、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)保溫、冷庫(kù)、冷藏車保冷、太陽(yáng)能集熱器、帳篷、

鞋墊、羽絨服、登山鞋等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。2019

年公司開(kāi)建年產(chǎn)

1604

立方米

SiO2氣凝膠與

24

萬(wàn)平方米

ePTFE膜復(fù)合材料

產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，產(chǎn)品為常壓法

SiO2氣凝膠

1520m3

/a、超臨界法

SiO2氣凝膠

84m3

/a、常

壓法

SiO2氣凝膠與

ePTFE膜復(fù)合材料

20

萬(wàn)

m3

/a、超臨界法

SiO2氣凝膠與

ePTFE膜

復(fù)合材料4萬(wàn)

m3

/a。其中氣凝膠生產(chǎn)項(xiàng)目為公司與浙江大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，

此前已經(jīng)通過(guò)了小試及中試。2021

年公司以

1.56

億元收購(gòu)上海大音希聲新型材料有限公司

60%的股權(quán)。大音

希聲生產(chǎn)的無(wú)機(jī)固態(tài)氣體超效絕緣材料（氣凝膠）通過(guò)遠(yuǎn)東防火試驗(yàn)中心“A-60”級(jí)

艙壁及甲板耐火試驗(yàn)、取得中國(guó)船級(jí)社工廠認(rèn)可及型式認(rèn)可證書(shū)。同時(shí)大音希聲認(rèn)

真貫徹武器裝備質(zhì)量管理體系，公司生產(chǎn)的無(wú)機(jī)固態(tài)氣體超效絕熱材料（氣凝膠）

通過(guò)了海裝鑒定、裝艦[2012]11

號(hào)和海裝艦[2018]75

號(hào)，經(jīng)過(guò)軍方嚴(yán)格審核后獲得

了中央軍委裝備發(fā)展部頒發(fā)的《裝備承制單位注冊(cè)證書(shū)》。

公司收購(gòu)大音希聲使得公司具有實(shí)現(xiàn)氣凝膠產(chǎn)業(yè)在軍用、民用高端領(lǐng)域的快速

增長(zhǎng)的能力，進(jìn)一步提高了公司的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。2020

年

11

月，泛亞微透在互動(dòng)平臺(tái)上稱，公司募投項(xiàng)目產(chǎn)品

SiO2

氣凝膠玻纖

氈復(fù)合材料主要應(yīng)用于三元鋰電池包電芯間隔斷，與寧德時(shí)代在洽談合作。4.3

華昌化工公司目前已經(jīng)已經(jīng)形成了煤化工、鹽化工、石油化工等多產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)格局。2021

年

3

月

4

日，公司公告增資參股愛(ài)彼愛(ài)和新材料有限公司（簡(jiǎn)稱“愛(ài)彼愛(ài)和”）7.04%。愛(ài)彼愛(ài)和是國(guó)內(nèi)一家氣凝膠材料生產(chǎn)企業(yè)，在河北滄州、河南許昌建立了兩個(gè)

生產(chǎn)基地。滄州基地主要生產(chǎn)氣凝膠粉和氣凝膠復(fù)合氈系列產(chǎn)品，主要為石油煉化、

火力發(fā)電、原油開(kāi)采、化工等領(lǐng)域企業(yè)提供高效節(jié)能產(chǎn)品，并為許昌基地提供氣凝

膠主材；許昌基地主要負(fù)責(zé)氣凝膠材料深加工，產(chǎn)品包括車用氣凝膠防火毯系列、

電池用氣凝膠隔離片系列，氣凝膠防火毯提供給宇通客車（根據(jù)公司介紹，2018

年

成為成為宇通客車氣凝膠最大供應(yīng)商）、吉利汽車、申龍客車等知名客車企業(yè)，氣凝

膠隔離片則主要供給寧德時(shí)代（根據(jù)公司介紹，2019

年成為寧德時(shí)代、鋒巢等