把氫能源存進“萬能之土”

本文轉自【科技日報】；

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、供電供暖等領域，都有着豐富而廣泛的應用前景，被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，代表着未來新能源的發展方向。

閆慧忠 包頭稀土研究院技術專家

記者1月10日從內蒙古包頭稀土高新區獲悉，該區中科軒達新能源科技有限公司（以下簡稱中科軒達）建立了我國具有自主知識產權的新型稀土儲氫合金電極材料連續穩定的生產工藝和產品控制體系，產品受到多家國內知名動力電池生產廠家的高度重視，並已初步形成規模供應。

“目前我們建立的生產線年產能為200噸，材料選用燕山大學自主知識產權的合金製備技術，通過稀土鎂鎳基儲氫合金相結構與電化學儲氫性能間的匹配關係，優化合金結構特性，開發出不同優勢性能的稀土鎂鎳合金新產品。”中科軒達生產技術部部長肖明介紹。

技術研發帶頭人、燕山大學教授韓樹民表示，新型稀土儲氫合金電極材料生產線的投入運營，是新材料研發製備技術與氫能源應用結合的一次重要嘗試和突破，也是未來我國氫能源發展的一個重要方向。

發展氫能源應對生態危機

能源危機是本世紀中葉即將面臨的巨大挑戰。據統計，若按目前的水平開採世界已探明的能源，煤炭資源可開採100年，石油可開採30—40年，天然氣可開採50—60年。

另一方面，生態危機已經成為當今社會面臨的巨大挑戰。石化能源燃料燃燒時所產生的有害物質，嚴重污染了環境，導致全球氣候變暖、生物物種多樣性降低、荒漠化等諸多生態問題，嚴重影響國家資源安全和社會經濟持續發展，甚至威脅人類的生存。

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

據閆慧忠介紹，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、供電供暖等領域，都有着豐富而廣泛的應用前景，被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，代表着未來新能源的發展方向。

我國氫氣資源豐富，發展氫能源具有先天優勢。目前國內氫氣產量已位居世界第一位，同時，我國煤炭資源豐富，已經開始發展煤制氫產業；此外，豐富的風電、光電、水電等資源，未來都可以用來進行水電解制氫。

“我國氫能源產業相關技術，尤其是燃料電池技術與發達國家差距仍然較大，加氫站基礎設施建設滯後，國家及相關部門正在對此進行統籌規劃，以推進我國氫能源產業發展。”肖明説，儲氫材料技術創新面臨重要發展機遇，而稀土系儲氫材料是目前生產工藝最成熟、產業規模最大的固態儲氫材料，稀土儲氫材料可作為氫能實現產業化過程中的關鍵技術手段。

儲氫技術高歌猛進

氫能源從生產到利用的過程中，儲氫技術無疑是必不可少的橋樑。

肖明介紹，目前國內運用的主要儲氫方式為固態儲氫，即通過物理或者化學吸附的方式將氫氣存儲於固態儲氫材料介質中。這種新型儲氫技術因具有體積儲氫密度高、儲運方便、安全性能好等優點，被認為是最有發展前景的儲氫方式。

稀土鎂鎳基儲氫合金電池是以貯氫合金為負極材料的新型二次電池，被譽為無污染的綠色能源，具有比能量高、循環壽命長、耐過充放電、安全性能好等優點，可廣泛應用於各種小型便攜設備上。然而，自放電率較高的問題，也給這種電池的實際應用造成了一定困難。

依託豐富的稀土資源和雄厚的產業技術基礎，中科軒達自2000年開始對稀土鎂鎳基儲氫合金的製備技術、相結構和電化學性能等進行系統、深入的研究，揭示了這類合金的特殊超堆垛結構的生成機理和電化學特性，指出了不同類型相結構的稀土鎂鎳基儲氫合金在吸/放氫過程中氫原子的存在狀態、分佈和進出行為的差異，以及對其結構穩定性及其電化學性能的影響規律。

韓樹民表示，近幾年來，130餘篇相關研究成果論文已在各類核心期刊發表，相關成果獲國家發明專利授權量18件，獲得河北省技術發明獎二等獎。

在揭示了稀土鎂鎳基儲氫合金相結構轉變規律、生成條件及其對儲氫性能影響的基礎上，研發團隊通過改進金屬鎂加料方式和生產工藝，還實現了合金規模化生產要求的精確控制和安全操作，所製備合金電化學容量大於360毫安/每克、壽命可達到500次循環以上，並且合金在功率性能、低温性能和低自放電性能等方面表現出優異的特性，比目前已商業化的混合稀土合金電極材料具有更加優良的性能和更高的性價比。

業內專家表示，新型稀土鎂鎳基儲氫合金可以顯著提高鎳氫電池的性能和市場競爭力，有良好的市場應用前景，可用於新能源汽車、智能電網儲能、通信基站儲備電源等領域。

創新儲氫材料提高性價比

儲氫技術創新高歌猛進，儲氫材料的創新也在大步奔跑。

內蒙古自治區關於“十四五”能源規劃的具體步驟中，氫能和儲能均位列“四大產業集羣”。“我們將引進行業領軍企業開展新能源制氫，配套發展氫能裝備製造、建設加氫設施、推廣氫燃料電池汽車，推進氫能產業鏈一體化發展，同時統籌全區儲能發展，推動正負極關鍵材料以及隔膜、電解液、逆變器等核心組件的裝備製造，推進儲能全產業鏈發展，打造千億級儲能產業集羣。”內蒙古能源局局長助理李理表示。

韓樹民分析説，隨着國家和各地相關產業的拉動及國際電池生產廠商在中國投資的增多，中國電池產業發展步伐加快，近年來增長速度超過30%以上；同時隨着國際市場需求的不斷增加，中國也成為世界上最大的電池出口國之一。因此，電池產業是21世紀最有發展前途和應用前景的新型綠色能源體系。在此背景下，稀土型儲氫材料大有可為、風光無限。

韓樹民表示，某些過渡族金屬、合金以及金屬間化合物，在常温常壓（附近）下與氫反應，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於合金中。

“生產線建成之後，這種擁有我國自主知識產權的新型儲氫合金將迅速應用於儲氫材料中，它較以往的儲氫合金最大的優勢是容量提高，同時具備良好的安全性，以及低温性和較寬的温差範圍，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原料，使用的生產原料中有三分之一左右是輕稀土金屬,也就是我國在全球儲量最為豐富的鑭、鈰元素。因此，該材料實現國產化，不僅價格優勢明顯，而且就地消化了我國北方稀土生產的鑭、鈰，提高了稀土材料的附加值。

產業背景

到2050年，全球氫能佔能源比重約為18%，氫能產業鏈產值將超過2.5萬億美元，且隨着技術研發和產業資本的持續投入，未來10—20年，全球氫能產業將迎來快速發展的重大機遇期。

全球氫能佈局正在加速，從能源發展規律和影響變量來看，氫能產業已進入新發展階段。“十四五”期間，我國將加速發展綠氫製取、儲運和應用等氫能產業鏈技術裝備，促進氫能燃料電池技術鏈、氫燃料電池汽車產業鏈發展，氫能產業將迎來重要的機遇期。