5-31  长寿命热电池保温材料的研究

兰  伟  刘效疆

国内在短寿命热电池方面的研究已经比较成熟，但在长寿命热电池方面与国外相比还存在较大的差距。分析其原因，其中一个重要的因素就是长寿命热电池所用的保温材料的性能达不到要求，阻碍了长寿命热电池的实用化。本文对此类材料进行了详细研究。

图1比较了研制的保温材料和其他保温材料的温升情况，加热板温度均为500 ℃。从图中可以看出，研制样品已经接近美国同类材料Min-K的水平。经过测试：在500 ℃下，密度为0.265 g/cm³的研制样品的导热系数为0.062 9 W/m×k（GB/T10297-1998）。图2为所研制的保温材料密度对保温性能的影响，其中纵坐标表示加热后试样上表面的平衡温度，加热板温度为500 ℃。从图中可以看出，这种材料具有一个最佳密度值，约在0.3 g/cm³，与文献值符合。图3表明两种不同的制备工艺对材料保温性能的影响。由于工艺A对气相SiO₂颗粒的纳米孔洞结构具有很大的破坏作用，因此两种工艺制成的保温材料的性能存在很大差异。工艺B在实验中已经压制出密度为0.32 g/cm³的热电池用保温筒，而且机械强度满足要求。在SiO₂复合保温材料中，为提高材料的强度，使用了纤维作为增强剂。因此，纤维种类对材料的保温性能应该具有一定影响。图4表示了这种影响。从图中可以看出，以纤维A作为增强剂的材料比纤维B的性能要好。

采用气相SiO₂复合材料压制成的保温筒装配的LiSi/FeS₂热电池工作时内部温度变化如图5所示，平均降温速度为3.1 ℃/min。实验中热电池放电时间可达到50 min以上。

从上述的实验数据来看，我们研制的气相SiO₂复合保温材料具有优异的保温性能，而且已经接近美国同类材料Min-K的水平。这种材料最主要的影响因素是制备工艺和密度，另外纤维种类也对性能有所影响。