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      【成果介紹】儲氫合金的制備和在制氫、氫分離及儲氫上的應用
      來源: | 作者:pmo2e68f5 | 發布時間: 2022-05-17 | 3267 次瀏覽 | 分享到:
      隨著經濟、社會的不斷發展,對能源清潔性、高效性的要求愈發突出,氫能作為一種嶄新能源以其高燃燒效率、燃燒產物潔凈、易于低成本儲存和輸送以及用途多樣化等突出優點在如今起著越來越大的作用。我院清潔能源研究中心氫能儲存及利用項目團隊致力于新型儲氫制氫技術的研發和應用,擁有多項自主知識產權,開發了多項氫能儲存及利用產品。項目孵化企業蘇州清德氫能源科技有限公司,將打造全球領先的儲運氫企業作為愿景目標。

      隨著經濟、社會的不斷發展,對能源清潔性、高效性的要求愈發突出,氫能作為一種嶄新能源以其高燃燒效率、燃燒產物潔凈、易于低成本儲存和輸送以及用途多樣化等突出優點在如今起著越來越大的作用。我院清潔能源研究中心氫能儲存及利用項目團隊致力于新型儲氫制氫技術的研發和應用,擁有多項自主知識產權,開發了多項氫能儲存及利用產品。項目孵化企業蘇州清德氫能源科技有限公司,將打造全球領先的儲運氫企業作為愿景目標。


      項目優勢


      儲氫合金能將氣體的氫氣以原子的形式儲存,其儲存密度可以大于液氫狀態下的氫氣密度,有利于氫氣的儲存和運輸,具有儲氫密度高、安全性好、使用便捷的優勢,在固態儲氫、二次電池、混合動力汽車等方面都獲得重要的應用。

      此外,利用儲氫合金的氣體選擇性吸收特性可以開發出高純氫氣的提純技術,具有工程量小、占地面積少、一次性投資小、純化速度快、純度高的特點。利用儲氫合金在吸放氫過程中吸放熱特點,可以開發太陽熱、地熱以及工廠廢熱的儲存和利用。利用儲氫合金的水解放氫技術可以實現高容量高密度儲氫制氫一體化,并在中小型氫燃料電池供氫、備用電源、氫分子生物醫學供氫產品等領域獲得重要應用。


      項目階段


      1. 儲氫合金的生產

      在一定溫度和氫氣壓力條件下,儲氫金屬或合金與氫反應生成金屬氫化物,并釋放出熱量,當提高溫度或降低氫壓時,氫化物釋放出氫氣,可以用如下式子表示 儲氫合金吸放氫的示意圖如下圖所示 。


      項目組已經開發出了AB5稀土系 、AB2型Ti Mn 或 Zr Mn 系 、 AB 型 Ti Fe系 、 V 基 BCC 固溶體 、Mg基儲氫合金的制備技術 。通過項目組開發出來的等離子體儲氫合金制備金屬 也 可以制備納米結構的合金 提高儲氫性能 。

      主要技術性能:室溫下活化次數少,吸放氫速度快 室溫附近 質量儲氫密度在 1.5wt.%~3.0wt.% 范圍之間 ,平臺壓力在 0 2.0 MPa 。



      2. 固態儲氫系統

      安全經濟高效儲氫技術的開發是氫能產業發展的關鍵瓶頸,合金儲氫將氫以原子狀態存儲到材料晶格內部空隙中,可實現常溫常壓下固態儲氫,這種固體儲氫相對于高壓氣態和液態儲氫,具有體積儲氫密度高、工作壓力低、安全性能好等優勢。通過熱交換系統的優化設計,可以實現氫氣的快速吸收和放出。



       3. 高純氫氣提純

      氫能源的發展對氫氣的純度提出更高的要求,目前氫氣提純主要是變壓吸附分離方法,這種方法的主要問題是工程量大、占地面積大、一次性投資大、而氫氣純化速度慢且純度很難達到99.999%。然后,儲氫合金具有選擇性吸收氫氣的特性,且體積儲氫密度大,吸放氫速度快,只需要很小的體積就可以進行快速氫氣純化和儲存,可有效地解決傳統的氫氣純化和儲存問題。


      利用儲氫合金開展氫氣純化和高密度儲存聯用研究,開發出氫純度高、能耗少、成本低和運輸安全性好的供氫技術,可以提高副產氫氣中一氧化碳、二氧化碳、硫、氯等雜質的去除精度和檢測技術,純化指標達到氫氣純度≥99.999%,符合燃料電池用氫指標。也可以獲得更高純度的氫氣,滿足半導體等產業的高純氫氣的要求。



      4. 熱泵和制冷器

      金屬氫化物吸放氫的過程中伴隨著較大的吸放熱,是良好的儲熱材料,因此也能被用于儲熱、熱泵、制冷、熱壓縮。金屬儲氫合金吸放氫的過程中伴隨著較大的吸放熱,是良好的儲熱材料,可以實現儲熱和供熱的作用,也可以利用氫氣放出時的吸熱效應做成制冷器,如圖可用于儲熱、熱泵、制冷、熱壓縮。儲氫合金做成的這種加熱或制冷設備利用的是太陽能、地熱以及工廠廢熱,有很好的節能效應。另外這種設備上沒有機械運動的部分,壽命長、安靜、沒有環境污染,而且制冷制熱轉換方便。



      5. 水解制氫及其應用

      活性金屬以及金屬氫化物的水解(MHx+H2O→M(OH)x+H2↑)是一種方便的制氫和供氫方法。項目組通過原創的材料和裝備技術,開發了高效、安全的制氫儲氫材料和裝置,材料儲氫質量密度高,加水就能平穩的產生氫氣,安全、流量平穩可控,供氫裝置使用便攜,可廣泛用于氫能源的儲存和運輸,以及氫醫療健康領域。

      在氫能源領域,項目組開發了制氫儲氫納米材料、便攜的供氫裝置以及集成燃料電池電源,其中材料能量密度高達1200wh/kg,供氫裝置操作便攜(質量供氫密度大于4wt%),可廣泛應用于單兵作戰電源、無人機、UUV 等。目前產品已開始推廣給中船重工、北京理工大學等軍方相關單位以及國鴻氫能等使用。

      在氫分子生物醫學領域,公司開發出了安全的水解制氫材料,成本低、使用方便,可添加在飼料、食品、化妝品、農業化肥等產品中。

      制氫儲氫材料現在實現了自主量產,已解決材料量產問題,在制備過程中不產生廢氣和廢水,對環境友好。吸放氫裝置目前主要通過外包生產,目前已打通上游供應鏈,選定了幾家代工生產商,可確保供氫裝置的批量生產。





      關于清潔能源研究中心


      我院清潔能源研究中心現有1200平米專用研發實驗室,擁有一支由1名萬人計劃領軍人才、2名杰青教授,2名集萃研究員,以及7名博士和5名碩士組成的應用技術研發團隊,主要圍繞氫能源、特種鋰電池材料、儲能材料開展產業化項目研發。

      氫能儲存及利用項目組聚焦于儲制氫技術,孵化企業蘇州清德氫能源科技有限公司。公司通過原創的材料和裝備技術,開發了高效、安全的儲制氫材料及供氫裝置,其中儲制氫納米材料能量密度高達1500wh/kg,供氫裝置質量供氫密度大于4wt%,儲運氫工作壓力小于0.5MPa,可廣泛應用于單兵作戰電源、無人機、UUV等。此外,公司研發生產的氫分子生物醫學納米材料,水解可控釋放氫氣,氫氣純度高,成本低,使用安全方便,可廣泛用于醫學、化妝品和食品以及氫農業領域。


      關于我院


      北京大學分子工程蘇南研究院成立于2017年5月18日,是北京大學化學與分子工程學院在國內建立的一家專注于產業技術開發轉化的研究院,由北京大學、常熟市、江蘇省產業技術研究院三方合作共建,其法人單位江蘇集萃分子工程研究院有限公司于2017年4月12日注冊成立。

      研究院依托北京大學人才和科技優勢、江蘇省產研院的機制優勢、常熟市的產業優勢,聚焦分子工程,全力打造新材料、新能源、生物醫藥及先進制造四大主導產業,致力于前沿技術研究、關鍵技術開發、一流成果轉化和高端人才培養,著力構建引領高端科技開發、服務戰略性新興產業的新型研發機構。


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