氫作為一種來(lái)源廣泛、清潔無(wú)碳、靈活高效的二次能源,在汽車(chē)、軌道交通、船舶、航天、物流、供電供暖等領(lǐng)域,都有著(zhù)豐富而廣泛的應用前景,被視為21世紀最具發(fā)展潛力的清潔能源,代表著(zhù)未來(lái)新能源的發(fā)展方向。
閆慧忠 包頭稀土研究院技術(shù)專(zhuān)家
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(jiǎn)稱(chēng)中科軒達)建立了我國具有自主知識產(chǎn)權的新型稀土儲氫合金電極材料連續穩定的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品控制體系,產(chǎn)品受到多家國內知名動(dòng)力電池生產(chǎn)廠(chǎng)家的高度重視,并已初步形成規模供應。
“目前我們建立的生產(chǎn)線(xiàn)年產(chǎn)能為200噸,材料選用燕山大學(xué)自主知識產(chǎn)權的合金制備技術(shù),通過(guò)稀土鎂鎳基儲氫合金相結構與電化學(xué)儲氫性能間的匹配關(guān)系,優(yōu)化合金結構特性,開(kāi)發(fā)出不同優(yōu)勢性能的稀土鎂鎳合金新產(chǎn)品。”中科軒達生產(chǎn)技術(shù)部部長(cháng)肖明介紹。
技術(shù)研發(fā)帶頭人、燕山大學(xué)教授韓樹(shù)民表示,新型稀土儲氫合金電極材料生產(chǎn)線(xiàn)的投入運營(yíng),是新材料研發(fā)制備技術(shù)與氫能源應用結合的一次重要嘗試和突破,也是未來(lái)我國氫能源發(fā)展的一個(gè)重要方向。
發(fā)展氫能源應對生態(tài)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(kāi)采世界已探明的能源,煤炭資源可開(kāi)采100年,石油可開(kāi)采30—40年,天然氣可開(kāi)采50—60年。
另一方面,生態(tài)危機已經(jīng)成為當今社會(huì )面臨的巨大挑戰。石化能源燃料燃燒時(shí)所產(chǎn)生的有害物質(zhì),嚴重污染了環(huán)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(tài)問(wèn)題,嚴重影響國家資源安全和社會(huì )經(jīng)濟持續發(fā)展,甚至威脅人類(lèi)的生存。
“事實(shí)上,目前的新能源交通工具,主要還是來(lái)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(chē),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(zhuān)家閆慧忠說(shuō)。
據閆慧忠介紹,氫作為一種來(lái)源廣泛、清潔無(wú)碳、靈活高效的二次能源,在汽車(chē)、軌道交通、船舶、航天、物流、供電供暖等領(lǐng)域,都有著(zhù)豐富而廣泛的應用前景,被視為21世紀最具發(fā)展潛力的清潔能源,代表著(zhù)未來(lái)新能源的發(fā)展方向。
我國氫氣資源豐富,發(fā)展氫能源具有先天優(yōu)勢。目前國內氫氣產(chǎn)量已位居世界第一位,同時(shí),我國煤炭資源豐富,已經(jīng)開(kāi)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(lái)都可以用來(lái)進(jìn)行水電解制氫。
“我國氫能源產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù),尤其是燃料電池技術(shù)與發(fā)達國家差距仍然較大,加氫站基礎設施建設滯后,國家及相關(guān)部門(mén)正在對此進(jìn)行統籌規劃,以推進(jìn)我國氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。”肖明說(shuō),儲氫材料技術(shù)創(chuàng )新面臨重要發(fā)展機遇,而稀土系儲氫材料是目前生產(chǎn)工藝最成熟、產(chǎn)業(yè)規模最大的固態(tài)儲氫材料,稀土儲氫材料可作為氫能實(shí)現產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)手段。
儲氫技術(shù)高歌猛進(jìn)
氫能源從生產(chǎn)到利用的過(guò)程中,儲氫技術(shù)無(wú)疑是必不可少的橋梁。
肖明介紹,目前國內運用的主要儲氫方式為固態(tài)儲氫,即通過(guò)物理或者化學(xué)吸附的方式將氫氣存儲于固態(tài)儲氫材料介質(zhì)中。這種新型儲氫技術(shù)因具有體積儲氫密度高、儲運方便、安全性能好等優(yōu)點(diǎn),被認為是最有發(fā)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(yù)為無(wú)污染的綠色能源,具有比能量高、循環(huán)壽命長(cháng)、耐過(guò)充放電、安全性能好等優(yōu)點(diǎn),可廣泛應用于各種小型便攜設備上。然而,自放電率較高的問(wèn)題,也給這種電池的實(shí)際應用造成了一定困難。
依托豐富的稀土資源和雄厚的產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎,中科軒達自2000年開(kāi)始對稀土鎂鎳基儲氫合金的制備技術(shù)、相結構和電化學(xué)性能等進(jìn)行系統、深入的研究,揭示了這類(lèi)合金的特殊超堆垛結構的生成機理和電化學(xué)特性,指出了不同類(lèi)型相結構的稀土鎂鎳基儲氫合金在吸/放氫過(guò)程中氫原子的存在狀態(tài)、分布和進(jìn)出行為的差異,以及對其結構穩定性及其電化學(xué)性能的影響規律。
韓樹(shù)民表示,近幾年來(lái),130余篇相關(guān)研究成果論文已在各類(lèi)核心期刊發(fā)表,相關(guān)成果獲國家發(fā)明專(zhuān)利授權量18件,獲得河北省技術(shù)發(fā)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(fā)團隊通過(guò)改進(jìn)金屬鎂加料方式和生產(chǎn)工藝,還實(shí)現了合金規?;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?xún)r(jià)比。
業(yè)內專(zhuān)家表示,新型稀土鎂鎳基儲氫合金可以顯著(zhù)提高鎳氫電池的性能和市場(chǎng)競爭力,有良好的市場(chǎng)應用前景,可用于新能源汽車(chē)、智能電網(wǎng)儲能、通信基站儲備電源等領(lǐng)域。
創(chuàng )新儲氫材料提高性?xún)r(jià)比
儲氫技術(shù)創(chuàng )新高歌猛進(jìn),儲氫材料的創(chuàng )新也在大步奔跑。
內蒙古自治區關(guān)于“十四五”能源規劃的具體步驟中,氫能和儲能均位列“四大產(chǎn)業(yè)集群”。“我們將引進(jìn)行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)開(kāi)展新能源制氫,配套發(fā)展氫能裝備制造、建設加氫設施、推廣氫燃料電池汽車(chē),推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈一體化發(fā)展,同時(shí)統籌全區儲能發(fā)展,推動(dòng)正負極關(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)儲能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,打造千億級儲能產(chǎn)業(yè)集群。”內蒙古能源局局長(cháng)助理李理表示。
韓樹(shù)民分析說(shuō),隨著(zhù)國家和各地相關(guān)產(chǎn)業(yè)的拉動(dòng)及國際電池生產(chǎn)廠(chǎng)商在中國投資的增多,中國電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐加快,近年來(lái)增長(cháng)速度超過(guò)30%以上;同時(shí)隨著(zhù)國際市場(chǎng)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(chǎn)業(yè)是21世紀最有發(fā)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(fēng)光無(wú)限。
韓樹(shù)民表示,某些過(guò)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,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(guò)加熱或減壓將貯存的氫氣放出;通過(guò)冷卻或加壓又再次將氫氣吸收于合金中。
“生產(chǎn)線(xiàn)建成之后,這種擁有我國自主知識產(chǎn)權的新型儲氫合金將迅速應用于儲氫材料中,它較以往的儲氫合金最大的優(yōu)勢是容量提高,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,也就是我國在全球儲量最為豐富的鑭、鈰元素。因此,該材料實(shí)現國產(chǎn)化,不僅價(jià)格優(yōu)勢明顯,而且就地消化了我國北方稀土生產(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(guò)2.5萬(wàn)億美元,且隨著(zhù)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)資本的持續投入,未來(lái)10—20年,全球氫能產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)快速發(fā)展的重大機遇期。
全球氫能布局正在加速,從能源發(fā)展規律和影響變量來(lái)看,氫能產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入新發(fā)展階段。“十四五”期間,我國將加速發(fā)展綠氫制取、儲運和應用等氫能產(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(chē)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,氫能產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)重要的機遇期。
來(lái)源:工業(yè)網(wǎng)
圖片來(lái)源:找項目網(wǎng)
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