“氢”装上阵！将氢气变成固态进行储存和运输，新型固态储氢材料大显身手

近年来，氢能的发展仿若被按下快捷键，正逐渐成为中国能源战略的重要组成部分。
氢能是一种绿色能源，它具有来源广泛、能量密度高、可大规模存储和清洁低碳等特点，被认为是人类最理想的“终极能源”，同时也是实现碳中和的主要手段。
根据近期发布的中国《氢能产业发展中长期发展规划》（2021-2035）预计，到2025 年，中国氢能产业产值将达到 1 万亿元；到 2050 年氢气需求量将接近 6000 万吨，氢能在中国终端能源体系中占比超过 10%，产业链年产值达到 12 万亿元以上。
然而，氢能推广却始终面临着一个难题，原因在于氢气体积轻和分子小，导致储运过程中体积密度极低且极易发生渗透扩散，从而带来极大的安全隐患和经济成本居高不下。

图 | 韩树民
“如何实现氢气的安全和经济储存运输，是氢能应用中的共性难题，而储氢技术则是氢能应用中的一个关键核心技术。”燕山大学教授、博士生导师、中科轩达新能源科技有限公司董事长韩树民说道。
新型固态储氢材料有望成为氢能产业化发展的关键材料
据韩树民介绍，目前，氢气的储运主要分为三种方式，分别是高压气态储氢、低温液态储氢以及氢化物固态储氢。
其中，高压气态储氢产业基础好，充放氢速度快，是目前应用较为广泛的主流技术，但是，其在高安全性和体积要求高的情况下应用受到限制；低温液态储氢的优点是储能密度高，不过能耗大其成本高且有热泄漏风险，因此主要应用于航天等特殊领域。
氢化物固态储氢作为一种新的储氢技术，近年来的表现愈发亮眼，具有体积储氢密度高、低压和储运安全等优点，不过其对储氢材料要求高，因此更适合固定式储氢。随着储氢材料性能的大幅度提高，氢化物固态储氢在高安全性加（储）氢站等方面表现出很好的应用前景和潜力。

图 | 氢能应用示意图
韩树民进一步表示，随着氢能产业的迅猛发展，作为高安全性低压固态储氢核心技术的高性能储氢材料必将迎来巨大的发展机遇。另一方面，储氢材料的技术和产业进步也是未来氢能健康发展的客观需求。
而在一系列新型固态储氢材料中，稀土储氢合金无疑占据了重要地位。
稀土储氢合金是一种可在通常条件下能可逆地大量吸收和放出氢气的合金材料，具有吸氢和放氢温度温和、速率快易活化、稳定性好和成本适中等特点。最重要的是，中国的稀土产量占世界的 80% 以上，具有重要的原料优势。
“稀土在储氢材料中的比例大于 30%，而且大量使用高丰度稀土镧和铈。因此，发挥我国稀土产业优势，大力开发新型稀土储氢材料，对促进我国的氢能应用具有重要的实际意义。”韩树民说。

图 | 加氢站

新型稀土储氢材料是一类具有更高储氢容量和特殊晶体结构的稀土储氢材料，比传统的稀土储氢合金具有更高的储氢容量和更加优异的特性和性价比。
据了解，韩树民团队长期致力于新型稀土储氢材料的基础理论和应用技术研发，在揭示新型稀土储氢合金超晶格结构、储氢机理、生成条件和构效关系等基础理论研究中取得重要成果。发表 SCI 论文 200 余篇，出版学术专著 1 部，获国内外发明专利 30 余项。
除此之外，在关键的产业化层面，其团队同样获得重大突破，建设了具有自主知识产权的生产线，一举打破了该领域国外的技术封锁和产品垄断。
打破国外技术垄断，自主构建中国首条新型储氢材料生产线
2016 年，在获悉国外实现了新型稀土储氢材料产业化，且产品已经开始用于高容量和低自放电型电池生产，韩树民教授受到了很大触动。
在他看来，储氢技术是氢能应用的一个关键核心技术，中国已经开展了系统的理论研究和技术开发，但产业化能力却仍显不足。而作为一名科技工作者，其从事科学研究的一个最大心愿是希望把自己的研究成果及时转化为生产力。“外国人能做到的，我们也能做到。”韩树民说道。
在这种情况下，凭着一颗不服输的心和一腔热血，韩树民于 2017 年在包头稀土高新区创建了包头中科轩达新能源科技有限公司（以下简称为中科轩达），开始了创业之路。

图 | 储氢材料生产车间
科学研究最忌脱离实际，而企业也需找准自身定位，将技术和产业化结合，如此方能践行国家重大战略需求。
近年来，中国政府不断加大力度鼓励氢能产业发展，并在电堆技术和零部件等方面取得积极进展。但不可否认的是，中国在关键的储氢材料和技术方面与国际差距依旧显著，这也导致氢能产业链各环节成本较高，商业化推广十分困难。
而中科轩达正是瞄准了这一市场需求，坚持走科技引领和绿色发展的道路，致力于打造全球技术领先、品质优异的先进储氢材料研发中心和产品供应基地。
在这种初心和使命的引领下，加上中科院包头稀土研发中心和中科创星的孵化支持，中科轩达依托韩树民团队的研究成果，迅速启动了新型稀土储氢合金电极生产线建设项目。
据了解，该项目已于 2019 年 12 月顺利完成。这也是中国第一条具有自主知识产权的新型稀土储氢材料生产线，目前产能达 300 吨/年以上，且已进入技术成熟、生产稳定和产品市场推广阶段。同时，也打破了国外在新型稀土储氢材料工业技术和产品方面对中国的垄断和封锁。
依托先进技术，固态储氢与镍氢电池齐头并进
值得注意的是，稀土储氢材料除了具有固态储氢性能外，还具有电化学储氢性能，其另一个重要用途便是作为镍氢电池的负极材料。
镍氢电池又称金属氢化物镍（MH/Ni）电池，使用氢氧化钾水溶液作为电解液，属于水系碱性电池。其具有安全性高、耐低温、可快速充电、大功率放电、绿色环保易于回收等特点，而这些恰好属于锂电池的薄弱环节，因此可在一定程度上弥补市场需求。

图 | 稀土储氢材料应用
目前，镍氢电池在油电混合动力节能汽车、轨道交通、轮船、潜艇坦克、风电光伏储能、电动叉车、智能家电、消费电子、医疗设备、物联网、特种仪器仪表以及民用消费电池等行业领域得到了广泛应用。
而中科轩达生产的新型稀土储氢合金材料与传统 AB5 型储氢合金电极材料相比，电化学容量可提高 20% 以上，在容量性能、动力学性能、低温特性等方面均有大幅度提高，极大提高了镍氢动力电池的性价比，已在多家镍氢电池企业得到应用和推广。
“当前镍氢电池迫切需要解决的问题是重量能量密度较低，因此，研发和生产高容量的新型稀土储氢材料可极大提高 MH/Ni 电池的市场竞争力。”韩树民说。

图 | 新型稀土储氢材料产品
谈及下一步发展规划，韩树民表示，中科轩达将在维持当前产能的基础上，建设一条新生产线，使新型稀土储氢材料年产能突破 1000 吨。与此同时，中科轩达还将进一步发挥新型稀土储氢材料在成本、性能以及资源储备上的优势，坚持稳步扩大电池储氢材料的同时，积极迎对氢能产业的迅猛发展，大力开发和推广固态储氢材料，打造高性能储氢材料研发中心和产品供应基地。
毋庸置疑的是，中国氢能产业即将迎来重要的机遇期，以中科轩达为代表的的众多新型科技企业正在加速布局，而储氢材料的技术和产业化必将在其中留下浓墨重彩的一笔。
-End-

---