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濮陽(yáng)市名利石化機(jī)械設(shè)備制造有限公司

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鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫材料 能否成下一個(gè)儲(chǔ)能風(fēng)口?

作者:admin 發(fā)布日期:2023.03.31
信息摘要:
轉(zhuǎn)自《中國(guó)科技信息》雜志社…

面對(duì)能源安全、環(huán)境保護(hù)等壓力,氫能有望在能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中扮演重要角色,氫能作為目前最具潛力的二次清潔能源在我國(guó)能源轉(zhuǎn)型中將占據(jù)重要地位。而每當(dāng)聊起氫能源,有一個(gè)重要話題總是“如影隨形”:儲(chǔ)存和運(yùn)輸是氫氣大規(guī)模應(yīng)用的前提。


在氫氣制、儲(chǔ)、運(yùn)、加、用的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中,儲(chǔ)、運(yùn)環(huán)節(jié)是高效利用氫能的關(guān)鍵,也是影響氫能走向產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。高效安全的儲(chǔ)能技術(shù)是全球新能源開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的重大技術(shù)瓶頸。氫能的安全高效儲(chǔ)存和運(yùn)輸對(duì)國(guó)家氫能戰(zhàn)略意義重大,特別是對(duì)燃料電池汽車、風(fēng)能光能產(chǎn)業(yè)、電力行業(yè)、航空航天等領(lǐng)域有重要的直接應(yīng)用價(jià)值。


鎂基儲(chǔ)氫材料是金屬固態(tài)儲(chǔ)氫材料中儲(chǔ)氫密度最高的材料。隨著近幾年全球鎂及鎂合金的研究呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng),我國(guó)也已經(jīng)成為全球重要的鎂生產(chǎn)國(guó)、應(yīng)用國(guó)和研究國(guó),在國(guó)際上具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

鎂基儲(chǔ)氫材料將迎來(lái)怎樣的市場(chǎng)發(fā)展空間?我國(guó)又如何在這個(gè)新領(lǐng)域持續(xù)保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)?今天,請(qǐng)隨《中國(guó)科技信息》一起來(lái)聊聊這些問(wèn)題。


最有發(fā)展?jié)摿Φ墓虘B(tài)儲(chǔ)氫材料之一



目前主要的氫儲(chǔ)運(yùn)方式分為氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和材料儲(chǔ)氫。與氣態(tài)儲(chǔ)氫和液態(tài)儲(chǔ)氫相比,固態(tài)儲(chǔ)氫既可以大幅提高體積儲(chǔ)氫密度,又可以提高儲(chǔ)運(yùn)氫的安全性,因此,尋找性能優(yōu)越、安全性高、價(jià)格低廉且環(huán)保的儲(chǔ)氫材料是當(dāng)前固態(tài)儲(chǔ)氫研究的關(guān)鍵。


將眼光投向廣闊的自然界中,某些金屬具有很強(qiáng)的捕捉氫的能力,在一定的溫度和較低的壓力條件下,這些金屬能夠大量“吸收”氫氣,反應(yīng)生成金屬氫化物,同時(shí)放出熱量。其后,將這些金屬氫化物加熱,它們又會(huì)分解,將儲(chǔ)存在其中的氫釋放出來(lái),可實(shí)現(xiàn)上萬(wàn)次循環(huán)充放氫。這些會(huì)“吸放”氫氣的金屬,即為固態(tài)儲(chǔ)氫材料。


如此看來(lái),固態(tài)儲(chǔ)氫具有儲(chǔ)氫密度高、成本低、安全穩(wěn)定和使用周期長(zhǎng)等特點(diǎn),而金屬鎂在儲(chǔ)氫研究領(lǐng)域具有成本低、質(zhì)量輕、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是最有發(fā)展?jié)摿Φ墓虘B(tài)儲(chǔ)氫材料之一。專家認(rèn)為,鎂基儲(chǔ)氫材料是金屬固態(tài)儲(chǔ)氫材料中儲(chǔ)氫密度最高的,一旦大規(guī)模應(yīng)用,將根本上改變傳統(tǒng)儲(chǔ)能模式中效率低、成本高、安全性差等問(wèn)題。

成本低、優(yōu)點(diǎn)多 鎂基儲(chǔ)氫材料極具應(yīng)用前景



那么,鎂基儲(chǔ)氫材料具體有哪些優(yōu)勢(shì)?首先,它具有儲(chǔ)氫量高、鎂資源豐富以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是極具應(yīng)用前景的一類固態(tài)儲(chǔ)氫材料。我國(guó)在鎂資源方面非常有優(yōu)勢(shì),全球大概90%的鎂都是生產(chǎn)于中國(guó),鎂年產(chǎn)量占全球85%以上,原料來(lái)源豐富且成本低,不存在材料被“卡脖子”的問(wèn)題。因此,鎂系儲(chǔ)氫合金適合用于氫氣的規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)應(yīng)用場(chǎng)景,可用于氫冶金、規(guī)模儲(chǔ)能、加氫站等應(yīng)用場(chǎng)景的氫氣儲(chǔ)存與運(yùn)輸。


此外,鎂的性能非常好,儲(chǔ)氫密度非常高,可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)循環(huán)壽命。具體來(lái)看,鎂儲(chǔ)氫密度是氣態(tài)氫的1000倍、液態(tài)氫的1.5倍。由于鎂及鎂金屬是常溫常壓,所以安全性遠(yuǎn)高于氣態(tài)和態(tài)儲(chǔ)氫。此外,鎂儲(chǔ)氫還可純化氫氣。據(jù)悉,鎂固態(tài)儲(chǔ)氫材料在儲(chǔ)氫過(guò)程當(dāng)中可以轉(zhuǎn)化為99.999%的氫。鎂本身也是綠色制氫材料,如果把鎂和水相結(jié)合,1克鎂相當(dāng)于2升氫氣,它的儲(chǔ)氫率可以達(dá)到15.2%。



其次,用鎂合金來(lái)儲(chǔ)存氫的技術(shù)可以應(yīng)用到交通領(lǐng)域,如汽車、摩托車等。普通汽車的油箱儲(chǔ)油量相當(dāng)于5公斤至6公斤的氫產(chǎn)生的能量,需要80公斤至90公斤的鎂合金容器,這與普通油箱的重量差不多,但體積較小。用氫作為動(dòng)力并不是通過(guò)燃燒氫來(lái)獲得,而是把氫直接轉(zhuǎn)化為電能,進(jìn)而為汽車提供動(dòng)力。汽油燃料的效率在20%-30%,而氫通過(guò)能源電池直接轉(zhuǎn)換為電能,效率可達(dá)70%-80%。


目前國(guó)內(nèi)外正在開(kāi)發(fā)面向應(yīng)用場(chǎng)景的Mg基固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù),但技術(shù)水平仍處于產(chǎn)業(yè)化初期階段,仍需解決材料的規(guī)模低成本制備、大容量?jī)?chǔ)氫罐設(shè)計(jì)、高溫余熱耦合集成等技術(shù),實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫合金的高效安全吸放氫。

鎂基儲(chǔ)氫可能成為電池領(lǐng)域的顛覆者





目前,儲(chǔ)能行業(yè)雖然熱度高漲,但資源有限、成本高、安全性問(wèn)題沒(méi)有根本解決仍是制約行業(yè)發(fā)展的難題,尤其是鋰離子電池資源短缺、安全隱患、污染等問(wèn)題凸顯。同時(shí),數(shù)字顯示到2050年,可再生能源裝機(jī)容量可以比2020年增加10倍,需要大量的能源儲(chǔ)存,按照目前的儲(chǔ)能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)遇到了嚴(yán)重的瓶頸。



相比而言,鎂電池成本低、安全性高、燃料密度與鋰電池相當(dāng),業(yè)內(nèi)認(rèn)為鎂基儲(chǔ)氫可能成為電池領(lǐng)域的顛覆者。例如,作為負(fù)極來(lái)說(shuō),鎂電池是現(xiàn)在商用鋰電池負(fù)極的6倍。在市場(chǎng)上可以看到,目前已經(jīng)有不少企業(yè)入局鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫材料領(lǐng)域,相繼取得進(jìn)展。鎂基固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)的發(fā)展,將為未來(lái)中國(guó)能源體系變革、交通運(yùn)輸方式低碳化轉(zhuǎn)變奠定基礎(chǔ)。



根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì),到2025年我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到1萬(wàn)億元;到2050年氫能在我國(guó)終端能源體系中占比超過(guò)10%,產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達(dá)到12萬(wàn)億元,這將對(duì)鎂基儲(chǔ)氫材料提出了大量市場(chǎng)需求。專家表示,鎂領(lǐng)域技術(shù)一旦成熟,將帶領(lǐng)鎂產(chǎn)業(yè)由目前的百億級(jí)市場(chǎng)直接升級(jí)為萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)。


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