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2023国际镁协“未来技术奖”被授予中国研发机构—镁基固态储氢技术开发世界领先

  • 发布人:中国镁质材料网
  • 发布时间:2023-05-26
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2023年5月14日-16日,2023年国际镁协(IMA)第80届世界镁业大会在加拿大卡尔加里召开,会议期间颁发了2023年国际镁协优秀奖。其中,备受瞩目的2023年国际镁协未来技术奖再次被授予中国镁合金研发机构。由上海交通大学氢科学中心、重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心、上海氢枫能源技术有限公司、上海镁源动力科技有限公司共同开发的“镁基固态储氢材料与系统”获此殊荣。中国工程院院士、国家镁合金材料工程技术研究中心名誉主任潘复生出席颁奖仪式并领奖。上海交通大学邹建新教授作为项目获奖代表在线上作了题为“Is Mg the Key to the Hydrogen Energy?”的发言,阐述了镁储氢材料的技术进展及其对于推动氢能产业发展的重要作用,引起了与会者的共鸣,反映了当前业界对镁基固态储运氢技术支撑双碳目标实现的高度期待。

氢能是实现碳达峰碳中和目标的必要途径,而氢储运是目前氢能产业的关键瓶颈。镁基固态储氢材料因其高质量和体积储氢密度、可常温低压长期储存、高安全性、我国镁资源丰富等特点,被认为是氢气大规模安全高效储运的重要方式。然而现有镁材料也存在充氢活化时间长、吸放氢反应速率慢、吸放氢循环性能差、固态储运氢装置氢热耦合过程复杂导致的系统集成设计方法匮乏等问题,使得镁基固态储运氢技术难以得到实际应用。

在丁文江院士、邹建新教授等团队核心成员的带领下,研发团队依托上海交通大学氢科学中心、轻合金精密成型国家工程研究中心等平台,联合相关企事业单位共同攻关突破了免活化、高吸放氢动力学性能、长循环寿命镁基储氢材料的批量制备难题,建成了年产10吨级氢化镁粉体和100吨级多孔镁基储氢合金块体材料的生产线;采用氢热耦合模型优化设计,研制出了目前全球最大的镁基固态储运氢罐单体原型,经第三方测试,12 h内吸氢量超过75 kg,12 h内放氢量可达71 kg,基于此设计开发出了全球首个吨级镁基固态储运氢装置,该装置为40尺集装箱大小,箱体总重32.5吨,其中装填镁合金材料14.4吨,最大储氢量1.03吨,其运氢量约是目前主流20 MPa高压长管拖车的3倍以上,且可常温低压存储和运输氢气,具有安全性高的特点,可用于加氢站、氢冶金、氢化工、储能等领域的氢气储存与运输。

在材料开发方面,重庆大学在潘复生院士带领下,研发团队依托国家镁合金材料工程技术中心,通过成分及结构优化突破了镁基储氢材料在热/动力学特性上的技术瓶颈,开发出Mg-Ni-RE(RE:稀土元素)等一系列高性能镁基储氢合金及其规模化制备、制粉技术。Mg-Ni-RE储氢合金的储氢密度达~5.5wt.%,放氢过程所需要的反应焓仅为57 kJ/mol,是Mg/MgH2体系的~25 %,有助于降低吸放氢过程的能量消耗。并且,该体系通过Mg2Ni及Mg-RE纳米颗粒的原位形成在250‒300 °C条件下实现了良好的吸放氢速率和1500次以上的循环寿命;开发出Mg-Ni-RE等储氢合金的百公斤级生产线及其稳定化制粉技术,宏量样品的储氢密度达5.0 wt.%以上,并能在300 °C条件下稳定的循环利用。Mg-Ni-RE等储氢合金粉可通过低成本熔炼法及枢机削法制备,有利于形成镁基储氢材料的产业化应用,降低氢能的利用成本,进而突破氢能产业链在氢储运环节的关键瓶颈。

上海交通大学氢科学中心成立于2018年6月,是国际首家致力于氢能源、氢医学、氢农学研究的交叉平台,是首家聚焦“氢”领域关键共性科学问题的省部级重点实验室,是上海市和上海交通大学战略性布局的前沿交叉平台。氢科学中心集科学研究和创新人才培养于一体,围绕氢制备、氢储运和氢应用等关键共性技术,以前瞻性科学研究为主,兼顾应用基础研究,实现引领性原创性科学成果的重大突破,实现氢科学整体水平达到国际领先,最终打造氢科学研究策源地,建设成为氢科学国家战略研究智库,为氢经济发展提供人才和技术支撑。

重庆大学是镁合金国际期刊《Journal of Magnesium and Alloys》的主办单位、镁合金 ISO 国际标准委员会主席单位、国际镁协核心会员单位。重庆大学研究团队从本世纪初开始在镁基储氢材料领域开展研究,是国内最早研发镁基储氢材料的科研团队之一。建有国内先进的储氢材料实验室,拥有先进的镁基储氢材料制备与组织、性能表征的实验仪器和设备。项目团队自2002 年至今在镁基储氢材料的理论计算、制备方法、合金化及掺杂改性、构成复合体系、储氢系统等方面开展了卓有成效的研究工作。

国际镁协镁的未来技术奖是2022年新设置的一个奖项,获奖项目体现涉及镁的非传统领域的新技术进展,涉及工艺、制造方法、应用和新型合金配方。为鼓励相关机构在镁科技方面的创新,国际镁协奖鼓励尚未非商业化的项目进行申报参评。尚镁网了解,2022年,该奖项首次颁发给了重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心联合广东国研、广东省科学院等单位合作完成的“镁离子电池”项目。今年,该奖项再度颁发给中国研发机构,再次表明镁及镁合金的世界研究中心已从美国转向中国,中国已成为世界最大的生产大国、应用大国和研究大国。特别是中国在镁基储氢材料方面的研究处于世界前沿。根据所分析的5242篇文献,近25年来,世界各国对镁基储氢材料的研究呈逐年上升趋势,其中我国的研究最多,其次是日本、美国等国家。低碳发展背景下,光电、风电、新能源汽车已成为全球发展方向,急需发展安全环保低成本新一代电池。镁储氢材料一旦产业化,弃风弃光现象可有效解决。有助于光伏产业、风电产业大规模发展;有助于可再生能源比例大幅提升;有助于燃料电池汽车快速发展。


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