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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，成為制約氫能產業(yè)發(fā)展的關鍵技術難題。
近日，一項突破性的技術成果在內蒙古包頭市亮相，引起了業(yè)界的廣泛關注。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，能夠實現(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型晶體結構的金屬間化合物。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構。
稀土儲氫材料通過化學反應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)內各方資源交流與合作，設計并制造出具有優(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用在回收利用系統(tǒng)的首臺套設備，目前已申請專利13個，其中授權專利9個。
“固態(tài)儲氫裝置就像一個大容量充電寶，可以把光伏、風電等不穩(wěn)定的可再生能源高密度存儲起來，既解決了風光發(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)碳達峰碳中和目標?！毕⊥猎焊痹洪L、國家稀土功能材料創(chuàng)新中心總經理劉威介紹。
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相關參數(shù)，對氫儲能系統(tǒng)中儲氫裝置內部結構進行設計，解決儲氫裝置熱響應速度慢的問題；通過建立數(shù)學模型來計算反應熱調控器的響應數(shù)據(jù)，確認啟停條件并建立PLC自動控制系統(tǒng)，進一步提高反應熱調控器的自動化程度；同時，對大功率儲氫系統(tǒng)進行集成與優(yōu)化，產品應用領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)中心已建設完成年產10臺套固態(tài)儲氫系統(tǒng)示范生產線，有效解決了常溫常壓下儲氫合金高效吸/放氫動力學及熱力學的產業(yè)化技術壁壘，激發(fā)稀土儲氫材料潛力，促進稀土資源綜合利用，優(yōu)化用氫產業(yè)結構，平衡氫氣資源分布，實現(xiàn)產品在新能源、大型風光電領域儲能裝置等方面的開發(fā)應用。”劉威說道。
進入國創(chuàng)中心示范生產線，便攜式、大容量、固定式等多種規(guī)格固態(tài)儲氫產品映入眼簾，技術人員正忙著調試設備。
劉威介紹，“國創(chuàng)中心目前開發(fā)建設的一系列固態(tài)儲氫裝置適合多種固定式和移動式應用場景。其中，儲氫容量20公斤的氫氣循環(huán)凈化系統(tǒng)，突破氫氣輔助設施限制，實現(xiàn)正負壓吸放功能，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)有加氫站的建設成本相比，可降低建設成本約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%?！?/span>
下一步，國創(chuàng)中心將立足國家行業(yè)需要、站在自治區(qū)及包頭市稀土產業(yè)高質量發(fā)展高度，繼續(xù)瞄準國際科技前沿，持續(xù)加強稀土新材料開發(fā)及應用技術攻關，不斷擴大稀土功能材料應用領域，推動研發(fā)方向往高處走、產業(yè)發(fā)展往實處走、空間拓展往遠處走、機制改革向深處走，為稀土產業(yè)高附加值轉型和高質量發(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企業(yè)，以創(chuàng)新驅動，以市場需求為導向，以科技創(chuàng)新為核心，以產業(yè)化為目標，以國家戰(zhàn)略為引領，不斷推進稀土儲氫材料的研發(fā)和應用，為我國氫能產業(yè)的發(fā)展做出了積極貢獻。
PS：部分內容與圖片引用于“你好北方稀土”賬號
