1月，從中科軒達新能源科技有限公司（以下簡稱中科軒達）傳出消息，已建立了我國具有自主知識產權的新型稀土儲氫合金電極材料連續(xù)穩(wěn)定的生產工藝和產品控制體系，產品受到國內知名動力電池生產廠家的高度重視并初步形成規(guī)模供應。

“目前我們建立的生產線產能為200噸，材料選用燕山大學自主知識產權的合金制備技術，通過稀土鎂鎳基儲氫合金相結構與電化學儲氫性能間的匹配關系，優(yōu)化合金結構特性，開發(fā)出不同優(yōu)勢性能的RE-Mg-Ni基儲氫合金新產品。”中科軒達生產技術部部長肖明介紹。

綠色發(fā)展背景下稀土系儲氫材料大有可為

能源危機是本世紀中葉即將面臨的巨大挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計，若按目前的水平開采世界已探明的能源，煤炭資源尚可開采 100 年，石油30-40年，天然氣50～60年。生態(tài)危機是當今社會已經面臨的巨大挑戰(zhàn)。石化能源燃料燃燒時所產生的有害物質，嚴重污染了環(huán)境，導致溫室效應、全球氣候變暖、生物物種多樣性降低、荒漠化等諸多生態(tài)問題，嚴重影響著國家的資源安全和社會經濟持續(xù)發(fā)展，威肋著人類的生存。為滿足社會發(fā)展對能源的需求，實現(xiàn)資源的永續(xù)利用，維持和促進資源、環(huán)境、社會經濟的協(xié)調發(fā)展，必需要尋找新能源。

“在這種形勢下，發(fā)展氫能尤其是氫燃料電池汽車的推廣，成為發(fā)展零污染低碳交通的必然選擇。”包頭稀土研究院技術專家、正高級工程師閆慧忠說道。

據(jù)閆慧忠介紹，氫作為一種來源廣泛、清潔無碳、靈活高效的二次能源，在汽車、軌道交通、船舶、航天、物流、供電供暖等領域，有著豐富而廣泛的應用前景，被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，代表著未來新能源的發(fā)展方向。

眾所周知，我國氫氣資源豐富，發(fā)展氫能源具有先天優(yōu)勢。目前國內氫氣產量已經位居世界第一位，而且我國煤炭資源豐富，已經開始發(fā)展煤制氫產業(yè)，還有豐富的風電、光電、水電資源，未來都可以用來進行水電解制氫。

“我國氫能源產業(yè)相關技術，尤其是燃料電池技術與發(fā)達國家差距很大，相關政策法規(guī)還不夠完善，加氫站基礎設施建設滯后，還需要進一步在國家和省級層面進行統(tǒng)籌規(guī)劃，推進我國氫能源產業(yè)發(fā)展。”肖明坦言，稀土系儲氫材料面臨著重要發(fā)展機遇。

稀土系儲氫材料是目前生產工藝最為成熟，產業(yè)規(guī)模最大的固態(tài)儲氫材料，稀土儲氫材料可作為氫能實現(xiàn)產業(yè)化過程中的關鍵技術手段。

稀土儲氫合金材料為儲氫提供新方向

儲氫技術作為氫氣從生產到利用過程中的橋梁，是指將氫氣以穩(wěn)定形式的能量儲存起來，以方便使用的技術。

據(jù)肖明介紹，目前大部分運用的是固態(tài)儲氫的方式，通過物理或者化學吸附的方式將氫氣存儲于固態(tài)儲氫材料介質中，這種新型儲氫技術具有體積儲氫密度高、儲運方便、安全性能好等優(yōu)點，因而被認為是最有發(fā)展前景的儲氫方式。

目前，稀土鎂鎳基儲氫合金電池是以貯氫合金為負極材料的新型二次電池，被譽為無污染的“綠色能源”，它具有比能量高、循環(huán)壽命長、耐過充放電、安全性能好等優(yōu)點，廣泛應用于各種小型便攜設備上。然而，自放電率較高，給電池的實際應用造成了一定困難。

中科軒達自2000 年開始對稀土鎂鎳基儲氫合金的制備技術、相結構和電化學性能等進行了系統(tǒng)和深入研究，揭示了這類合金的特殊超堆垛結構的生成機理和電化學特性，指出了不同類型相結構的AB3型、A2B7型、A5B19型和AB4型稀土鎂鎳基儲氫合金在吸/放氫過程中氫原子的存在狀態(tài)、分布和進出行為的差異，以及對其結構穩(wěn)定性及其電化學性能的影響規(guī)律。

“正是由于這類合金晶體結構的多樣性，使其表現(xiàn)出多樣性的優(yōu)良儲氫性能，從而更加明確了La-Mg-Ni基儲氫合金作為新一代 Ni/MH 電池負極材料的潛力。”燕山大學教授韓樹民說道，相關研究成果發(fā)表SCI論文130余篇，出版專著 1 部，授權國家發(fā)明專利 18 項，獲得河北省技術發(fā)明二等獎。

在揭示了稀土鎂鎳基儲氫合金相結構轉變規(guī)律、生成條件及其對儲氫性能影響的基礎上，通過改進金屬Mg加料方式和生產工藝，實現(xiàn)了合金規(guī)模化生產要求的精確控制和安全操作，所制備合金電化學容量大于360 mAh/g、壽命可達到500次循環(huán)以上，并且合金在功率性能、低溫性能和低自放電性能等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的特性，比目前已商業(yè)化的混合稀土AB5 合金電極材料具有更加優(yōu)良的性能和高的性價比。

以上結果表明，新型稀土鎂鎳基儲氫合金可以顯著提高 Ni/MH 動力電池的性能和市場競爭力，表現(xiàn)出良好的市場應用前景，可用于新能源汽車、智能電網(wǎng)儲能、通信基站儲備電源等領域。

稀土儲氫合金材料未來大有可為

2006 年，美國十大科技計劃中有兩項為電池項目，電池行業(yè)銷售總額的三分之一與電力、交通、信息等產業(yè)發(fā)展息息相關，在汽車、叉車等運輸工具和大型不間斷供電電源系統(tǒng)中處于控制地位，是社會生產經營活動和人類生活中不可或缺的產品。

電池由于材料廉價、工藝技術成熟、自放電低、免維護要求等特性，在未來幾十年里，依然會在市場中占主導地位，在近期國家產業(yè)發(fā)展中仍將占主流地位。

隨著國家相關產業(yè)的拉動及國際電池生產廠商在華投資的增多，中國電池產業(yè)發(fā)展步伐加快，近年來增長速度超過 30%以上。同時隨著國際市場需求的不斷增加，中國也成為了世界上最大的電池出口國之一。因此，電池產業(yè)是二十一世紀最有發(fā)展前途和應用前景的新型綠色能源體系。也關系到國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實現(xiàn)。

據(jù)韓樹民介紹，某些過渡族金屬、合金以及金屬間化合物，在常溫常壓（附近）下與氫反應，成為合金氫化物，這種材料可以貯存比其體積大1000～3000 倍的氫，通過加熱或減壓將貯存的氫氣放出：通過冷卻或加壓又再次吸收于合金中。

近年來，R-Mg-Ni系超晶格的貯氫合金已成功應用于電池中，用這類合金制成的電池的電化學容量達到了 2500mAh。由于鎂的加入使得這種合金形成了穩(wěn)定的金屬氫化物從而抑制了氫的脫附。所以在貯存過程中有相對較少的 H 原子從金屬氫化物中析出，降低了合金電極的自放電率，因此，這類合金也被看做是高貯存性能電池極具希望的一種負極材料。

“我們制備的新型儲氫合金較以往的儲氫合金最大的優(yōu)勢是容量提高，每克提高30%左右，可達到每克400毫克安。同時具備良好的安全性，以及良好的低溫性和較寬的溫差范圍可實現(xiàn)在零下40度正常使用。”肖明介紹。

中科軒達生產的稀土系儲氫材料相較于鎳鎘電池更環(huán)保，相較于鋰電池更安全，能夠大范圍應用于汽車的混合動力電池，以及固態(tài)儲氫及氫燃料電池當中。

此外材料主要以鎳和稀土金屬為生產原料，使用的生產原料中有三分之一左右是輕稀土金屬、也就是儲量最為豐富的鑭、鈰元素，該生產線稀土儲氫材料的市場應用，對推動我國輕稀土資源的充分利用起到積極促進作用。

該材料實現(xiàn)國產化，不僅價格優(yōu)勢明顯，而且就地消化了北方稀土生產的鑭鈰，提高稀土材料的附加值。該項目已獲得國家授權發(fā)明專利3項申報國際發(fā)明專利1項。