[发明专利]超级绝热导线、导管

说明书

1.技术领域

本发明《超级绝热导线、导管》【*专利1】公开了一类对“导线”、“导管”实施“径向超级绝热”保护的通用性技术及其具体实施方法。其中(一)“导线”、“导管”指的是可以用来输运“特定物质或能量形态”的线型材料或管型材料，其可输运的“特定物质或能量形态”涉及：电荷(电子、空穴、离子、极化的颗粒或结构实体)、等离子体、基本粒子、颗粒集合体(全同颗粒)、粒子集合体(全同粒子)、热(声子)、光、机械波(声波)、电磁波、电场、磁场、电磁场、液体、气体、超流体(超流态液氦)、胶体、凝聚体(凝聚态物质)、有限体积的真空；(二)“超级绝热”指的是用一种“热导率低于同环境温度下空气热导率的结构材料”即“超级绝热材料”封闭性包裹“导线”或“导管”外周，从而几乎完全隔绝周边环境与该“导线”、“导管”沿其径向方向的热交换。 

2.背景技术

人类生产活动中所涉及的最广泛的一类活动形态是利用特定的“导线”、“导管”在关联系统间实施“特定物质或能量形态”的输运，这里所指的可被输运的“特定物质或能量形态”涉及：电荷(电子、空穴、离子、极化的颗粒或结构实体)、等离子体、基本粒子、颗粒集合体(全同颗粒)、粒子集合体(全同粒子)、热(声子)、光、机械波(声波)、电磁波、电场、磁场、电磁场、液态物质、气态物质、超流态物质、胶体、凝聚态物质、有限体积的真空。例如输运电流的电线、输送自来水的水管、传递光信号的光纤、传导电磁波的波导、传导电磁波的真空管道(管型真空区域)、传导热流的热管、热线等等。 

“导线”或“导管”在输运“特定的物质或能量形态”时，常常需要对其进行“径向绝热保护”(其中“径向”指的是垂直于导线或导管输运方向的方向)。第一种情况是当系统面临一般的“非正常低温或高温”时，或者面临极端的“超正常温度”时，例如水管的低温工作保护(防冻裂)、油气管道的高温防爆/低温防裂、电线的高温工作保护(防过热起火短路)、信号线的恒温工作维持。常规指标的绝热防护已经广为使用，例如通常只要在管线外周包裹相对低热导率材料的橡胶、工程塑料、无机物或聚合物或无机-聚合物纤维膜、或其它一些陶瓷材料都均能起到一定的径向绝热功效，但是当系统在“超正常温度”环境下工作时，例如(-50℃--200℃)，常规绝热材料将难以胜任。 

第二种情况是“正常温度”工作时的“超级绝热防护”或“超级绝热维持”问题，这通常属于信号的超高精度测量、保持、传输等应用需求情境。实际上，超高精度系统在包括正常温度在内的任何温度环境下的应用都需要“超级绝热防护”或“超级绝热维持”。 

输运管线所面临的“超级绝热防护”或“超级绝热维持”问题依其所输运“特定物质或能量形态”的不同而不同，绝热防护或维持有时是为了保护输运管线本身，有时是为了保护其内被输运的“特定物质或能量形态”。 

在此我们例举两个典型案例以明示对相关“导线、导管”进行“超级绝热”在相关应用中不可或缺的原因： 

其一，“超级绝热防护”——锂离子二次电池的超正常低温工作问题。 

民用二次电池工作温区的一般标准为(-10℃-+50℃)，视二次电池构成材料如电极、 电解液、隔膜、封装材料的不同，这一工作温区有相应的变化，例如温区(-20℃-+50℃)；锂离子电池工作温区的军用标准要高一些，例如我国一个军用电池标准要求锂电池能工作的低温下限要达到-40℃【*文献1～3】，且其所对应的低温效能要能达到室温标称的40％；上个世纪90年代以后，美国开展了一些低温电池的主题研究，其重点集中于高性能低温电解液的研究【*文献4～14】【*专利2】。二次电池美国的一个军用指标要求作为“自由车”动力的锂离子电池的工作温区能胜任(-30℃-+52℃)、非失活存储温区达到(-46℃-+66℃)【*文献11～12】【*专利2】。 

研究表明，仅就电池主要构成模块(材料)而言，在低温环境下工作时，电池电极固态电解质界面层(SEI)阻抗增加、界面处电荷极化严重；低温下电解液的粘滞度加大而致离子的迁移率下降、隔膜孔道容易阻塞而致电池失效；电解液中添加防冻剂等措施会导致电池的比容量与放电倍率严重下降；总之，在“浅低温“如-10℃以下工作，电池性能就会实质性下降【*文献10】，而在“过低温”如-40℃以下，电池就几乎失活，例如，商用锂离子电池-40℃时的放电容量仅为20℃工作时的5％，而其放电功率密度下降为标称的1.25％【*文献7】；而在“甚低温“如-65℃以下，许多有机电解液将冻结【*文献6】。