氫作為一種來源廣泛、清潔無碳、靈活高效的二次能源，在汽車、軌道交通、船舶、航天、物流、供電供暖等領(lǐng)域，都有著豐富而廣泛的應(yīng)用前景，被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，代表著未來新能源的發(fā)展方向。

記者1月10日從內(nèi)蒙古包頭稀土高新區(qū)獲悉，該區(qū)中科軒達(dá)新能源科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱中科軒達(dá))建立了我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型稀土儲(chǔ)氫合金電極材料連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品控制體系，產(chǎn)品受到多家國(guó)內(nèi)知名動(dòng)力電池生產(chǎn)廠家的高度重視，并已初步形成規(guī)模供應(yīng)。

“目前我們建立的生產(chǎn)線年產(chǎn)能為200噸，材料選用燕山大學(xué)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的合金制備技術(shù)，通過稀土鎂鎳基儲(chǔ)氫合金相結(jié)構(gòu)與電化學(xué)儲(chǔ)氫性能間的匹配關(guān)系，優(yōu)化合金結(jié)構(gòu)特性，開發(fā)出不同優(yōu)勢(shì)性能的稀土鎂鎳合金新產(chǎn)品。”中科軒達(dá)生產(chǎn)技術(shù)部部長(zhǎng)肖明介紹。

技術(shù)研發(fā)帶頭人、燕山大學(xué)教授韓樹民表示，新型稀土儲(chǔ)氫合金電極材料生產(chǎn)線的投入運(yùn)營(yíng)，是新材料研發(fā)制備技術(shù)與氫能源應(yīng)用結(jié)合的一次重要嘗試和突破，也是未來我國(guó)氫能源發(fā)展的一個(gè)重要方向。

發(fā)展氫能源應(yīng)對(duì)生態(tài)危機(jī)

能源危機(jī)是本世紀(jì)中葉即將面臨的巨大挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，若按目前的水平開采世界已探明的能源，煤炭資源可開采100年，石油可開采30—40年，天然氣可開采50—60年。

另一方面，生態(tài)危機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)面臨的巨大挑戰(zhàn)。石化能源燃料燃燒時(shí)所產(chǎn)生的有害物質(zhì)，嚴(yán)重污染了環(huán)境，導(dǎo)致全球氣候變暖、生物物種多樣性降低、荒漠化等諸多生態(tài)問題，嚴(yán)重影響國(guó)家資源安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，甚至威脅人類的生存。

“事實(shí)上，目前的新能源交通工具，主要還是來自基于火力發(fā)電的電能。下一步，按照‘綠色發(fā)展’的要求，發(fā)展氫能尤其是推廣氫燃料電池汽車，將成為發(fā)展零污染低碳交通的必然選擇。”包頭稀土研究院技術(shù)專家閆慧忠說。

據(jù)閆慧忠介紹，氫作為一種來源廣泛、清潔無碳、靈活高效的二次能源，在汽車、軌道交通、船舶、航天、物流、供電供暖等領(lǐng)域，都有著豐富而廣泛的應(yīng)用前景，被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，代表著未來新能源的發(fā)展方向。

我國(guó)氫氣資源豐富，發(fā)展氫能源具有先天優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)氫氣產(chǎn)量已位居世界第一位，同時(shí)，我國(guó)煤炭資源豐富，已經(jīng)開始發(fā)展煤制氫產(chǎn)業(yè);此外，豐富的風(fēng)電、光電、水電等資源，未來都可以用來進(jìn)行水電解制氫。

“我國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)，尤其是燃料電池技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家差距仍然較大，加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，國(guó)家及相關(guān)部門正在對(duì)此進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，以推進(jìn)我國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。”肖明說，儲(chǔ)氫材料技術(shù)創(chuàng)新面臨重要發(fā)展機(jī)遇，而稀土系儲(chǔ)氫材料是目前生產(chǎn)工藝最成熟、產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大的固態(tài)儲(chǔ)氫材料，稀土儲(chǔ)氫材料可作為氫能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)手段。

儲(chǔ)氫技術(shù)高歌猛進(jìn)

氫能源從生產(chǎn)到利用的過程中，儲(chǔ)氫技術(shù)無疑是必不可少的橋梁。

肖明介紹，目前國(guó)內(nèi)運(yùn)用的主要儲(chǔ)氫方式為固態(tài)儲(chǔ)氫，即通過物理或者化學(xué)吸附的方式將氫氣存儲(chǔ)于固態(tài)儲(chǔ)氫材料介質(zhì)中。這種新型儲(chǔ)氫技術(shù)因具有體積儲(chǔ)氫密度高、儲(chǔ)運(yùn)方便、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的儲(chǔ)氫方式。

稀土鎂鎳基儲(chǔ)氫合金電池是以貯氫合金為負(fù)極材料的新型二次電池，被譽(yù)為無污染的綠色能源，具有比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、耐過充放電、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種小型便攜設(shè)備上。然而，自放電率較高的問題，也給這種電池的實(shí)際應(yīng)用造成了一定困難。

依托豐富的稀土資源和雄厚的產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，中科軒達(dá)自2000年開始對(duì)稀土鎂鎳基儲(chǔ)氫合金的制備技術(shù)、相結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能等進(jìn)行系統(tǒng)、深入的研究，揭示了這類合金的特殊超堆垛結(jié)構(gòu)的生成機(jī)理和電化學(xué)特性，指出了不同類型相結(jié)構(gòu)的稀土鎂鎳基儲(chǔ)氫合金在吸/放氫過程中氫原子的存在狀態(tài)、分布和進(jìn)出行為的差異，以及對(duì)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其電化學(xué)性能的影響規(guī)律。

韓樹民表示，近幾年來，130余篇相關(guān)研究成果論文已在各類核心期刊發(fā)表，相關(guān)成果獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)量18件，獲得河北省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

在揭示了稀土鎂鎳基儲(chǔ)氫合金相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變規(guī)律、生成條件及其對(duì)儲(chǔ)氫性能影響的基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過改進(jìn)金屬鎂加料方式和生產(chǎn)工藝，還實(shí)現(xiàn)了合金規(guī)?；a(chǎn)要求的精確控制和安全操作，所制備合金電化學(xué)容量大于360毫安/每克、壽命可達(dá)到500次循環(huán)以上，并且合金在功率性能、低溫性能和低自放電性能等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的特性，比目前已商業(yè)化的混合稀土合金電極材料具有更加優(yōu)良的性能和更高的性價(jià)比。

業(yè)內(nèi)專家表示，新型稀土鎂鎳基儲(chǔ)氫合金可以顯著提高鎳氫電池的性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景，可用于新能源汽車、智能電網(wǎng)儲(chǔ)能、通信基站儲(chǔ)備電源等領(lǐng)域。

創(chuàng)新儲(chǔ)氫材料提高性價(jià)比

儲(chǔ)氫技術(shù)創(chuàng)新高歌猛進(jìn)，儲(chǔ)氫材料的創(chuàng)新也在大步奔跑。

內(nèi)蒙古自治區(qū)關(guān)于“十四五”能源規(guī)劃的具體步驟中，氫能和儲(chǔ)能均位列“四大產(chǎn)業(yè)集群”。“我們將引進(jìn)行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)開展新能源制氫，配套發(fā)展氫能裝備制造、建設(shè)加氫設(shè)施、推廣氫燃料電池汽車，推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈一體化發(fā)展，同時(shí)統(tǒng)籌全區(qū)儲(chǔ)能發(fā)展，推動(dòng)正負(fù)極關(guān)鍵材料以及隔膜、電解液、逆變器等核心組件的裝備制造，推進(jìn)儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，打造千億級(jí)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)集群。”內(nèi)蒙古能源局局長(zhǎng)助理李理表示。

韓樹民分析說，隨著國(guó)家和各地相關(guān)產(chǎn)業(yè)的拉動(dòng)及國(guó)際電池生產(chǎn)廠商在中國(guó)投資的增多，中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐加快，近年來增長(zhǎng)速度超過30%以上;同時(shí)隨著國(guó)際市場(chǎng)需求的不斷增加，中國(guó)也成為世界上最大的電池出口國(guó)之一。因此，電池產(chǎn)業(yè)是21世紀(jì)最有發(fā)展前途和應(yīng)用前景的新型綠色能源體系。在此背景下，稀土型儲(chǔ)氫材料大有可為、風(fēng)光無限。

韓樹民表示，某些過渡族金屬、合金以及金屬間化合物，在常溫常壓(附近)下與氫反應(yīng)，成為合金氫化物，這種材料可以貯存比自身體積大1000—3000倍的氫，通過加熱或減壓將貯存的氫氣放出;通過冷卻或加壓又再次將氫氣吸收于合金中。

“生產(chǎn)線建成之后，這種擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型儲(chǔ)氫合金將迅速應(yīng)用于儲(chǔ)氫材料中，它較以往的儲(chǔ)氫合金最大的優(yōu)勢(shì)是容量提高，同時(shí)具備良好的安全性，以及低溫性和較寬的溫差范圍，可在零下40攝氏度正常使用。”肖明介紹。

這種新型材料主要以鎳和稀土金屬為生產(chǎn)原料，使用的生產(chǎn)原料中有三分之一左右是輕稀土金屬,也就是我國(guó)在全球儲(chǔ)量最為豐富的鑭、鈰元素。因此，該材料實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，不僅價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，而且就地消化了我國(guó)北方稀土生產(chǎn)的鑭、鈰，提高了稀土材料的附加值。

產(chǎn)業(yè)背景

到2050年，全球氫能占能源比重約為18%，氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過2.5萬億美元，且隨著技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)資本的持續(xù)投入，未來10—20年，全球氫能產(chǎn)業(yè)將迎來快速發(fā)展的重大機(jī)遇期。

全球氫能布局正在加速，從能源發(fā)展規(guī)律和影響變量來看，氫能產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入新發(fā)展階段。“十四五”期間，我國(guó)將加速發(fā)展綠氫制取、儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用等氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)裝備，促進(jìn)氫能燃料電池技術(shù)鏈、氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，氫能產(chǎn)業(yè)將迎來重要的機(jī)遇期。(閆慧忠 包頭稀土研究院技術(shù)專家)