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氫能作為一種清潔、高效、可再生的新能源，被譽為21世紀(jì)的能源之王。然而，氫氣的儲存和運輸卻面臨著諸多挑戰(zhàn)，如何安全、高效地儲存氫氣，成為制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題。
近日，一項突破性的技術(shù)成果在內(nèi)蒙古包頭市亮相，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。這就是由中國北方稀土（集團）高科技股份有限公司（以下簡稱北方稀土）牽頭研發(fā)的全國首臺套固態(tài)儲氫系統(tǒng)示范裝置，該裝置采用了稀土儲氫材料作為儲氫介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)氫氣的高密度、低壓、無泄漏、安全的固態(tài)儲存，為工業(yè)用氫提供高效、可靠的氫氣回收再利用方案。
稀土儲氫材料是一種利用稀土元素與其他金屬形成合金，在一定溫度條件下具有可大量吸氫和放氫、可逆性優(yōu)良、反應(yīng)快等特點的功能材料和能源材料。
稀土儲氫材料主要分為LaNi5型儲氫合金（AB5型）和La-Mg-Ni系儲氫合金（AB3型和A2B7型）兩類。
AB5型儲氫合金指將稀土元素與過渡金屬元素按照1：5的原子比，組成具有CaCu5型晶體結(jié)構(gòu)的金屬間化合物。La-Mg-Ni系儲氫合金則是由Laves型［A2B4］和CaCu5型［AB5］亞單元以一定比率沿c軸有序堆垛而成的超點陣結(jié)構(gòu)。
稀土儲氫材料通過化學(xué)反應(yīng)可以把氫氣變成金屬氫化物固體儲存起來，儲氫體積密度可達(dá)到液態(tài)氫密度，具有低壓、無泄漏、安全等特性。
正是利用這一特性，北方稀土旗下的國家稀土功能材料創(chuàng)新中心（以下簡稱國創(chuàng)中心）積極與行業(yè)內(nèi)各方資源交流與合作，設(shè)計并制造出具有優(yōu)良熱量管控能力的高密度氫氣回收-再利用系統(tǒng)，為工業(yè)用氫提供高效、可靠的氫氣回收再利用固態(tài)儲氫裝置。該裝置是全國儲氫材料應(yīng)用在回收利用系統(tǒng)的首臺套設(shè)備，目前已申請專利13個，其中授權(quán)專利9個。
“固態(tài)儲氫裝置就像一個大容量充電寶，可以把光伏、風(fēng)電等不穩(wěn)定的可再生能源高密度存儲起來，既解決了風(fēng)光發(fā)電波動性強、利用難的問題，也將改變目前過度依賴煤炭、石油等化石能源制氫的現(xiàn)狀，助力實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)?！毕⊥猎焊痹洪L、國家稀土功能材料創(chuàng)新中心總經(jīng)理劉威介紹。
據(jù)了解，固態(tài)儲氫裝置工作原理是根據(jù)稀土—鎳基儲氫材料傳熱傳質(zhì)相關(guān)參數(shù)，對氫儲能系統(tǒng)中儲氫裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，解決儲氫裝置熱響應(yīng)速度慢的問題；通過建立數(shù)學(xué)模型來計算反應(yīng)熱調(diào)控器的響應(yīng)數(shù)據(jù)，確認(rèn)啟停條件并建立PLC自動控制系統(tǒng)，進一步提高反應(yīng)熱調(diào)控器的自動化程度；同時，對大功率儲氫系統(tǒng)進行集成與優(yōu)化，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋冶金用氫氣回收再利用、大規(guī)模工業(yè)氫氣低壓安全存儲、加氣站用固態(tài)儲氫裝置和移動載具用固態(tài)儲氣系統(tǒng)等方向。
“目前，國創(chuàng)中心已建設(shè)完成年產(chǎn)10臺套固態(tài)儲氫系統(tǒng)示范生產(chǎn)線，有效解決了常溫常壓下儲氫合金高效吸/放氫動力學(xué)及熱力學(xué)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)壁壘，激發(fā)稀土儲氫材料潛力，促進稀土資源綜合利用，優(yōu)化用氫產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，平衡氫氣資源分布，實現(xiàn)產(chǎn)品在新能源、大型風(fēng)光電領(lǐng)域儲能裝置等方面的開發(fā)應(yīng)用?！眲⑼f道。
進入國創(chuàng)中心示范生產(chǎn)線，便攜式、大容量、固定式等多種規(guī)格固態(tài)儲氫產(chǎn)品映入眼簾，技術(shù)人員正忙著調(diào)試設(shè)備。
劉威介紹，“國創(chuàng)中心目前開發(fā)建設(shè)的一系列固態(tài)儲氫裝置適合多種固定式和移動式應(yīng)用場景。其中，儲氫容量20公斤的氫氣循環(huán)凈化系統(tǒng)，突破氫氣輔助設(shè)施限制，實現(xiàn)正負(fù)壓吸放功能，可為用氫企業(yè)實現(xiàn)氫氣的暫存和凈化，特別是為使用釹鐵硼氫碎工藝的企業(yè)進行氫氣回收利用；20公斤級低壓固態(tài)儲氫裝置，能夠為用氫企業(yè)及加氫站提供低壓、高效的氫氣存儲方案，并且與高壓氣態(tài)儲氫相比，同設(shè)備體積和儲氫容量的條件下氫氣存儲壓力可降低約90%，與其他固態(tài)儲氫材料相比儲氫體積密度提升約15%；80公斤級低壓固態(tài)儲氫裝置，可直接用于加氫站及大規(guī)模用氫場景的氫氣安全存儲，與現(xiàn)有加氫站的建設(shè)成本相比，可降低建設(shè)成本約30%；在建的3至10公斤級移動載具用固態(tài)儲氫裝置，可應(yīng)用于氫燃料電動汽車、重卡及特種車輛中，在不改變儲氫罐體裝載數(shù)量的前提下，可提升重型卡車氫氣裝載量50%，車體自重僅增加10%。”
下一步，國創(chuàng)中心將立足國家行業(yè)需要、站在自治區(qū)及包頭市稀土產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展高度，繼續(xù)瞄準(zhǔn)國際科技前沿，持續(xù)加強稀土新材料開發(fā)及應(yīng)用技術(shù)攻關(guān)，不斷擴大稀土功能材料應(yīng)用領(lǐng)域，推動研發(fā)方向往高處走、產(chǎn)業(yè)發(fā)展往實處走、空間拓展往遠(yuǎn)處走、機制改革向深處走，為稀土產(chǎn)業(yè)高附加值轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展提供聚合力和策源力。
稀土儲氫材料作為一種具有巨大潛力的新能源材料，將在氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。北方稀土作為全球最大的稀土生產(chǎn)企業(yè)，以創(chuàng)新驅(qū)動，以市場需求為導(dǎo)向，以科技創(chuàng)新為核心，以產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，以國家戰(zhàn)略為引領(lǐng)，不斷推進稀土儲氫材料的研發(fā)和應(yīng)用，為我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了積極貢獻。
PS：部分內(nèi)容與圖片引用于“你好北方稀土”賬號
