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鎂基固態儲氫材料 能否成下一個儲能風口?

作者:admin 發布日期:2023.03.31
信息摘要:
轉自《中國科技信息》雜志社…

面對能源安全、環境保護等壓力,氫能有望在能源轉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型中將占據重要地位。而每當聊起氫能源,有一個重要話題總是“如影隨形”:儲存和運輸是氫氣大規模應用的前提。


在氫氣制、儲、運、加、用的產業鏈環節中,儲、運環節是高效利用氫能的關鍵,也是影響氫能走向產業化的重要環節。高效安全的儲能技術是全球新能源開發與應用的重大技術瓶頸。氫能的安全高效儲存和運輸對國家氫能戰略意義重大,特別是對燃料電池汽車、風能光能產業、電力行業、航空航天等領域有重要的直接應用價值。


鎂基儲氫材料是金屬固態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爆發式增長,我國也已經成為全球重要的鎂生產國、應用國和研究國,在國際上具有一定的技術優勢。

鎂基儲氫材料將迎來怎樣的市場發展空間?我國又如何在這個新領域持續保持領先優勢?今天,請隨《中國科技信息》一起來聊聊這些問題。


最有發展潛力的固態儲氫材料之一



目前主要的氫儲運方式分為氣態儲氫、液態儲氫和材料儲氫。與氣態儲氫和液態儲氫相比,固態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,尋找性能優越、安全性高、價格低廉且環保的儲氫材料是當前固態儲氫研究的關鍵。


將眼光投向廣闊的自然界中,某些金屬具有很強的捕捉氫的能力,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,可實現上萬次循環充放氫。這些會“吸放”氫氣的金屬,即為固態儲氫材料。


如此看來,固態儲氫具有儲氫密度高、成本低、安全穩定和使用周期長等特點,而金屬鎂在儲氫研究領域具有成本低、質量輕、無污染等優點,被認為是最有發展潛力的固態儲氫材料之一。專家認為,鎂基儲氫材料是金屬固態儲氫材料中儲氫密度最高的,一旦大規模應用,將根本上改變傳統儲能模式中效率低、成本高、安全性差等問題。

成本低、優點多 鎂基儲氫材料極具應用前景



那么,鎂基儲氫材料具體有哪些優勢?首先,它具有儲氫量高、鎂資源豐富以及成本低廉等優點,被認為是極具應用前景的一類固態儲氫材料。我國在鎂資源方面非常有優勢,全球大概90%的鎂都是生產于中國,鎂年產量占全球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模儲運應用場景,可用于氫冶金、規模儲能、加氫站等應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,可以實現長循環壽命。具體來看,鎂儲氫密度是氣態氫的1000倍、液態氫的1.5倍。由于鎂及鎂金屬是常溫常壓,所以安全性遠高于氣態和態儲氫。此外,鎂儲氫還可純化氫氣。據悉,鎂固態儲氫材料在儲氫過程當中可以轉化為99.999%的氫。鎂本身也是綠色制氫材料,如果把鎂和水相結合,1克鎂相當于2升氫氣,它的儲氫率可以達到15.2%。



其次,用鎂合金來儲存氫的技術可以應用到交通領域,如汽車、摩托車等。普通汽車的油箱儲油量相當于5公斤至6公斤的氫產生的能量,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,而是把氫直接轉化為電能,進而為汽車提供動力。汽油燃料的效率在20%-30%,而氫通過能源電池直接轉換為電能,效率可達70%-80%。


目前國內外正在開發面向應用場景的Mg基固態儲運氫技術,但技術水平仍處于產業化初期階段,仍需解決材料的規模低成本制備、大容量儲氫罐設計、高溫余熱耦合集成等技術,實現儲氫合金的高效安全吸放氫。

鎂基儲氫可能成為電池領域的顛覆者





目前,儲能行業雖然熱度高漲,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發展的難題,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,數字顯示到2050年,可再生能源裝機容量可以比2020年增加10倍,需要大量的能源儲存,按照目前的儲能量遠遠不夠,現有儲能技術遇到了嚴重的瓶頸。



相比而言,鎂電池成本低、安全性高、燃料密度與鋰電池相當,業內認為鎂基儲氫可能成為電池領域的顛覆者。例如,作為負極來說,鎂電池是現在商用鋰電池負極的6倍。在市場上可以看到,目前已經有不少企業入局鎂基固態儲氫材料領域,相繼取得進展。鎂基固態儲運氫技術的發展,將為未來中國能源體系變革、交通運輸方式低碳化轉變奠定基礎。



根據中國氫能聯盟預計,到2025年我國氫能產業產值將達到1萬億元;到2050年氫能在我國終端能源體系中占比超過10%,產業鏈年產值達到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,鎂領域技術一旦成熟,將帶領鎂產業由目前的百億級市場直接升級為萬億級市場。


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