鎂基儲氫材料是金屬固態(tài)儲氫材料中儲氫密度最高的材料。
面對能源安全、環(huán)境保護(hù)等壓力，氫能有望在能源轉(zhuǎn)型過程中扮演重要角色，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，有一個重要話題總是“如影隨形”：儲存和運輸是氫氣大規(guī)模應(yīng)用的前提。
在氫氣制、儲、運、加、用的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中，儲、運環(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)。 高效安全的儲能技術(shù)是全球新能源開發(fā)與應(yīng)用的重大技術(shù)瓶頸。氫能的安全高效儲存和運輸對國家氫能戰(zhàn)略意義重大，特別是對燃料電池汽車、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)用價值。
鎂基儲氫材料是金屬固態(tài)儲氫材料中儲氫密度最高的材料。隨著近幾年全球鎂及鎂合金的研究呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，我國也已經(jīng)成為全球重要的鎂生產(chǎn)國、應(yīng)用國和研究國，在國際上具有一定的技術(shù)優(yōu)勢。
鎂基儲氫材料將迎來怎樣的市場發(fā)展空間?我國又如何在這個新領(lǐng)域持續(xù)保持領(lǐng)先優(yōu)勢?今天，請隨《中國科技信息》一起來聊聊這些問題。
最有發(fā)展?jié)摿Φ墓虘B(tài)儲氫材料之一
目前主要的氫儲運方式分為氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和材料儲氫。與氣態(tài)儲氫和液態(tài)儲氫相比，固態(tài)儲氫既可以大幅提高體積儲氫密度，又可以提高儲運氫的安全性，因此，尋找性能優(yōu)越、安全性高、價格低廉且環(huán)保的儲氫材料是當(dāng)前固態(tài)儲氫研究的關(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，同時放出熱量。其后，將這些金屬氫化物加熱，它們又會分解，將儲存在其中的氫釋放出來，可實現(xiàn)上萬次循環(huán)充放氫。這些會“吸放”氫氣的金屬，即為固態(tài)儲氫材料。
如此看來，固態(tài)儲氫具有儲氫密度高、成本低、安全穩(wěn)定和使用周期長等特點，而金屬鎂在儲氫研究領(lǐng)域具有成本低、質(zhì)量輕、無污染等優(yōu)點，被認(rèn)為是最有發(fā)展?jié)摿Φ墓虘B(tài)儲氫材料之一。 專家認(rèn)為，鎂基儲氫材料是金屬固態(tài)儲氫材料中儲氫密度最高的，一旦大規(guī)模應(yīng)用，將根本上改變傳統(tǒng)儲能模式中效率低、成本高、安全性差等問題。
成本低、優(yōu)點多 鎂基儲氫材料極具應(yīng)用前景
那么，鎂基儲氫材料具體有哪些優(yōu)勢?首先，它具有儲氫量高、鎂資源豐富以及成本低廉等優(yōu)點，被認(rèn)為是極具應(yīng)用前景的一類固態(tài)儲氫材料。我國在鎂資源方面非常有優(yōu)勢，全球大概90%的鎂都是生產(chǎn)于中國，鎂年產(chǎn)量占全球85%以上，原料來源豐富且成本低，不存在材料被“卡脖子”的問題。 因此，鎂系儲氫合金適合用于氫氣的規(guī)模儲運應(yīng)用場景，可用于氫冶金、規(guī)模儲能、加氫站等應(yīng)用場景的氫氣儲存與運輸。
此外，鎂的性能非常好，儲氫密度非常高，可以實現(xiàn)長循環(huán)壽命。具體來看，鎂儲氫密度是氣態(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)和液態(tài)儲氫。此外，鎂儲氫還可純化氫氣。據(jù)悉，鎂固態(tài)儲氫材料在儲氫過程當(dāng)中可以轉(zhuǎn)化為99.999%的綠氫。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，它的儲氫率可以達(dá)到15.2%。
其次，用鎂合金來儲存氫的技術(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。用氫作為動力并不是通過燃燒氫來獲得，而是把氫直接轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而為汽車提供動力。汽油燃料的效率在20%-30%，而氫通過能源電池直接轉(zhuǎn)換為電能，效率可達(dá)70%-80%。
目前國內(nèi)外正在開發(fā)面向應(yīng)用場景的Mg基固態(tài)儲運氫技術(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、大容量儲氫罐設(shè)計、高溫余熱耦合集成等技術(shù)，實現(xiàn)儲氫合金的高效安全吸放氫。
鎂基儲氫可能成為電池領(lǐng)域的顛覆者
目前，儲能行業(yè)雖然熱度高漲，但資源有限、成本高、安全性問題沒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、污染等問題凸顯。同時，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，需要大量的能源儲存，按照目前的儲能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，現(xiàn)有儲能技術(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)為鎂基儲氫可能成為電池領(lǐng)域的顛覆者。例如，作為負(fù)極來說，鎂電池是現(xiàn)在商用鋰電池負(fù)極的6倍。在市場上可以看到，目前已經(jīng)有不少企業(yè)入局鎂基固態(tài)儲氫材料領(lǐng)域，相繼取得進(jìn)展。鎂基固態(tài)儲運氫技術(shù)的發(fā)展，將為未來中國能源體系變革、交通運輸方式低碳化轉(zhuǎn)變奠定基礎(chǔ)。
根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)計，到2025年我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到1萬億元;到2050年氫能在我國終端能源體系中占比超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達(dá)到12萬億元，這將對鎂基儲氫材料提出了大量市場需求。專家表示，鎂領(lǐng)域技術(shù)一旦成熟，將帶領(lǐng)鎂產(chǎn)業(yè)由目前的百億級市場直接升級為萬億級市場。
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