1月，從中科軒達(dá)新能源科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱中科軒達(dá)）傳出消息，已建立了我國(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)品受到國(guó)內(nèi)知名動(dòng)力電池生產(chǎn)廠家的高度重視并初步形成規(guī)模供應(yīng)。

“目前我們建立的生產(chǎn)線產(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(guò)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RE-Mg-Ni基儲(chǔ)氫合金新產(chǎn)品。”中科軒達(dá)生產(chǎn)技術(shù)部部長(zhǎng)肖明介紹。

綠色發(fā)展背景下稀土系儲(chǔ)氫材料大有可為

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，煤炭資源尚可開采 100 年，石油30-40年，天然氣50～60年。生態(tài)危機(jī)是當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)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)致溫室效應(yīng)、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(yán)重影響著國(guó)家的資源安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，威肋著人類的生存。為滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)能源的需求，實(shí)現(xiàn)資源的永續(xù)利用，維持和促進(jìn)資源、環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，必需要尋找新能源。

“在這種形勢(shì)下，發(fā)展氫能尤其是氫燃料電池汽車的推廣，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、正高級(jí)工程師閆慧忠說(shuō)道。

據(jù)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、軌道交通、船舶、航天、物流、供電供暖等領(lǐng)域，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?lái)新能源的發(fā)展方向。

眾所周知，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)量已經(jīng)位居世界第一位，而且我國(guó)煤炭資源豐富，已經(jīng)開始發(fā)展煤制氫產(chǎn)業(yè)，還有豐富的風(fēng)電、光電、水電資源，未來(lái)都可以用來(lái)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)家差距很大，相關(guān)政策法規(guī)還不夠完善，加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，還需要進(jìn)一步在國(guó)家和省級(jí)層面進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，推進(jìn)我國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。”肖明坦言，稀土系儲(chǔ)氫材料面臨著重要發(fā)展機(jī)遇。

稀土系儲(chǔ)氫材料是目前生產(chǎn)工藝最為成熟，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(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)手段。

稀土儲(chǔ)氫合金材料為儲(chǔ)氫提供新方向

儲(chǔ)氫技術(shù)作為氫氣從生產(chǎn)到利用過(guò)程中的橋梁，是指將氫氣以穩(wěn)定形式的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，以方便使用的技術(shù)。

據(jù)肖明介紹，目前大部分運(yùn)用的是固態(tài)儲(chǔ)氫的方式，通過(guò)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)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)，因而被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的儲(chǔ)氫方式。

目前，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(wú)污染的“綠色能源”，它具有比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、耐過(guò)充放電、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種小型便攜設(shè)備上。然而，自放電率較高，給電池的實(shí)際應(yīng)用造成了一定困難。

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)行了系統(tǒng)和深入研究，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AB3型、A2B7型、A5B19型和AB4型稀土鎂鎳基儲(chǔ)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(duì)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其電化學(xué)性能的影響規(guī)律。

“正是由于這類合金晶體結(jié)構(gòu)的多樣性，使其表現(xiàn)出多樣性的優(yōu)良儲(chǔ)氫性能，從而更加明確了La-Mg-Ni基儲(chǔ)氫合金作為新一代 Ni/MH 電池負(fù)極材料的潛力。”燕山大學(xué)教授韓樹民說(shuō)道，相關(guān)研究成果發(fā)表SCI論文130余篇，出版專著 1 部，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利 18 項(xiàng)，獲得河北省技術(shù)發(fā)明二等獎(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，通過(guò)改進(jìn)金屬M(fèi)g加料方式和生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)了合金規(guī)模化生產(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 mAh/g、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AB5 合金電極材料具有更加優(yōu)良的性能和高的性價(jià)比。

以上結(jié)果表明，新型稀土鎂鎳基儲(chǔ)氫合金可以顯著提高 Ni/MH 動(dòng)力電池的性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，表現(xiàn)出良好的市場(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。

稀土儲(chǔ)氫合金材料未來(lái)大有可為

2006 年，美國(guó)十大科技計(jì)劃中有兩項(xiàng)為電池項(xiàng)目，電池行業(yè)銷售總額的三分之一與電力、交通、信息等產(chǎn)業(yè)發(fā)展息息相關(guān)，在汽車、叉車等運(yùn)輸工具和大型不間斷供電電源系統(tǒng)中處于控制地位，是社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和人類生活中不可或缺的產(chǎn)品。

電池由于材料廉價(jià)、工藝技術(shù)成熟、自放電低、免維護(hù)要求等特性，在未來(lái)幾十年里，依然會(huì)在市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位，在近期國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展中仍將占主流地位。

隨著國(guó)家相關(guān)產(chǎn)業(yè)的拉動(dòng)及國(guó)際電池生產(chǎn)廠商在華投資的增多，中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐加快，近年來(lái)增長(zhǎng)速度超過(guò) 30%以上。同時(shí)隨著國(guó)際市場(chǎng)需求的不斷增加，中國(guó)也成為了世界上最大的電池出口國(guó)之一。因此，電池產(chǎn)業(yè)是二十一世紀(jì)最有發(fā)展前途和應(yīng)用前景的新型綠色能源體系。也關(guān)系到國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)。

據(jù)韓樹民介紹，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(yīng)，成為合金氫化物，這種材料可以貯存比其體積大1000～3000 倍的氫，通過(guò)加熱或減壓將貯存的氫氣放出：通過(guò)冷卻或加壓又再次吸收于合金中。

近年來(lái)，R-Mg-Ni系超晶格的貯氫合金已成功應(yīng)用于電池中，用這類合金制成的電池的電化學(xué)容量達(dá)到了 2500mAh。由于鎂的加入使得這種合金形成了穩(wěn)定的金屬氫化物從而抑制了氫的脫附。所以在貯存過(guò)程中有相對(duì)較少的 H 原子從金屬氫化物中析出，降低了合金電極的自放電率，因此，這類合金也被看做是高貯存性能電池極具希望的一種負(fù)極材料。

“我們制備的新型儲(chǔ)氫合金較以往的儲(chǔ)氫合金最大的優(yōu)勢(shì)是容量提高，每克提高30%左右，可達(dá)到每克400毫克安。同時(shí)具備良好的安全性，以及良好的低溫性和較寬的溫差范圍可實(shí)現(xiàn)在零下40度正常使用。”肖明介紹。

中科軒達(dá)生產(chǎn)的稀土系儲(chǔ)氫材料相較于鎳鎘電池更環(huán)保，相較于鋰電池更安全，能夠大范圍應(yīng)用于汽車的混合動(dòng)力電池，以及固態(tài)儲(chǔ)氫及氫燃料電池當(dāng)中。

此外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、也就是儲(chǔ)量最為豐富的鑭、鈰元素，該生產(chǎn)線稀土儲(chǔ)氫材料的市場(chǎng)應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)我國(guó)輕稀土資源的充分利用起到積極促進(jìn)作用。

該材料實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，不僅價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，而且就地消化了北方稀土生產(chǎn)的鑭鈰，提高稀土材料的附加值。該項(xiàng)目已獲得國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利3項(xiàng)申報(bào)國(guó)際發(fā)明專利1項(xiàng)。