“握住”氫氣！西安交大破解氫能儲(chǔ)運(yùn)難題

千瓦級(jí)氫動(dòng)力電源

驅(qū)動(dòng)觀光車(chē)可以穩(wěn)定行駛；

百瓦級(jí)氫電源

輕巧便攜，可作為

野外工作、露營(yíng)、科考等場(chǎng)景下的應(yīng)急電源；

便攜式氫能電源、無(wú)人機(jī)、氫能源乘用車(chē)

……

近年來(lái)，被譽(yù)為“未來(lái)能源”的氫能

正在快速融入百姓生活

作為一種零碳排放的清潔能源，氫能正被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、儲(chǔ)能、移動(dòng)終端等領(lǐng)域，但“怎樣更好地儲(chǔ)存、利用氫能”，這是科學(xué)家們一直致力研究的問(wèn)題。

記者采訪了解到，陜西在儲(chǔ)氫領(lǐng)域材料及氫能應(yīng)用場(chǎng)景上取得新突破，近日，由西安交通大學(xué)教授成永紅團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)的石墨烯界面納米閥技術(shù)，破解了氫能儲(chǔ)運(yùn)難題。他們用“握在手中”的氫能源，推動(dòng)氫能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)從“1”到“N”。?

原創(chuàng)石墨烯界面納米閥技術(shù)

實(shí)現(xiàn)將氫氣“握在手中”?

9月20日，記者來(lái)到中國(guó)西部科技創(chuàng)新港，探訪這個(gè)將氫氣“握在手中”的團(tuán)隊(duì)。

“我們?cè)瓌?chuàng)的石墨烯界面納米閥技術(shù)，將每一個(gè)金屬氫化物微米級(jí)別顆粒的表面均勻包覆上石墨烯，在儲(chǔ)存的時(shí)候讓其變得穩(wěn)定，在釋放氫氣的時(shí)候，可以慢慢反應(yīng)，解決了釋氫過(guò)程太過(guò)劇烈的難題。通過(guò)控制石墨烯的包裹，可以控制氫氣的釋放速度，保證釋氫的穩(wěn)定性。”成永紅說(shuō)，并向記者展示了裝在容器中的產(chǎn)品樣本。

“也就是說(shuō)，我們基于石墨烯界面納米閥技術(shù)，研制出新型固態(tài)化儲(chǔ)氫材料，讓氫氣可以‘握在手中’。”?

記者了解到，2012年，西安交通大學(xué)成立新型儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換納米材料研究中心，圍繞儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換從材料開(kāi)始進(jìn)行原始創(chuàng)新。在成永紅、張錦英等教授的帶領(lǐng)下，研究中心開(kāi)發(fā)出“金屬氫化物@石墨烯復(fù)合固態(tài)儲(chǔ)氫材料”。它具有高空氣安全性、高儲(chǔ)釋氫密度、寬工況非催化釋氫，以及可長(zhǎng)期存儲(chǔ)等特點(diǎn)，可滿足氫氣大規(guī)模存儲(chǔ)與運(yùn)輸需求，并能廣泛用于工業(yè)制氫、電力儲(chǔ)能、移動(dòng)應(yīng)用等場(chǎng)景，為氫能儲(chǔ)、運(yùn)、用提出了新方案、開(kāi)辟了新途徑、創(chuàng)造了新范式。

依托西安交通大學(xué)“金屬氫化物@石墨烯復(fù)合固態(tài)儲(chǔ)氫材料”原創(chuàng)成果，成永紅教授成立了西安一九零八新能源科技有限公司，讓科技成果走出實(shí)驗(yàn)室、走向“生產(chǎn)線”。

今年7月，該公司兩條日產(chǎn)百公斤級(jí)鈉鈣基和鋁鈉基復(fù)合儲(chǔ)氫材料循環(huán)中試線建成投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)“金屬制備→金屬氫化→復(fù)合材料制備→釋氫副產(chǎn)物回收利用”全技術(shù)鏈條驗(yàn)證，材料儲(chǔ)釋氫重量密度最高可達(dá)14%以上，可為大規(guī)模氫氣的存儲(chǔ)與遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸提供更有效的解決方案。目前已完成單套系統(tǒng)年產(chǎn)3000噸的工藝包設(shè)計(jì)，為后續(xù)大規(guī)模應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。?

“該項(xiàng)目是學(xué)校全力推進(jìn)學(xué)科交叉、產(chǎn)教融合的重要成果，是大學(xué)和社會(huì)深度融合、服務(wù)國(guó)家重大需求的典型示范。”西安交大相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說(shuō)。

“三高”儲(chǔ)氫材料

推動(dòng)氫能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)從“1”到“N”?

據(jù)了解，在新能源體系下，氫能被視為與電能互補(bǔ)的優(yōu)質(zhì)二次能源。氫能可以通過(guò)氫燃料電池技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)、軌道交通、船舶等領(lǐng)域，也可以用于分布式發(fā)電（家庭和商業(yè)）和儲(chǔ)能領(lǐng)域，還可以直接燃燒，為煉油、鋼鐵、冶金等行業(yè)提供高效原料、還原劑和高品質(zhì)的熱源。

氫能的產(chǎn)業(yè)鏈包括制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、用氫四個(gè)主要環(huán)節(jié)。成永紅團(tuán)隊(duì)的突破性創(chuàng)新，破解了氫能產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——?dú)鋬?chǔ)運(yùn)中效率低、安全隱患大、成本高等難題，有望助力氫能的應(yīng)用更加廣泛。?

成永紅介紹說(shuō)，一九零八新能源復(fù)合固態(tài)儲(chǔ)氫材料，在性能上處于全球領(lǐng)先水平，即“三高”：高安全性：常溫常壓下存儲(chǔ)運(yùn)輸，不需要任何特種設(shè)備，是可以握在手上的氫能源；高儲(chǔ)氫密度：材料儲(chǔ)氫密度最高達(dá)到12.5wt.%；高釋氫密度：有效水解釋氫密度最高達(dá)到25wt.%。

其中，鈉鈣基復(fù)合儲(chǔ)氫材料適用于大規(guī)模氫能存儲(chǔ)、中距離氫能運(yùn)輸及長(zhǎng)周期波動(dòng)能源調(diào)節(jié)，鋁鈉基復(fù)合儲(chǔ)氫材料則適用于超大規(guī)模氫氣存儲(chǔ)與超遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。“對(duì)于氫能產(chǎn)業(yè)，這意味著解決了產(chǎn)業(yè)鏈中關(guān)鍵的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的難題。以前的氫能儲(chǔ)運(yùn)，多是解決‘神經(jīng)末梢’問(wèn)題。固態(tài)儲(chǔ)氫的突破，則是打通了產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間的‘主干神經(jīng)’。”成永紅說(shuō)。?

成永紅團(tuán)隊(duì)的研發(fā)突破，使得千瓦級(jí)氫動(dòng)力電源驅(qū)動(dòng)觀光車(chē)可以穩(wěn)定行駛，百瓦級(jí)氫電源重量低于3Kg，輕巧便攜，可以作為野外工作、露營(yíng)、科考等場(chǎng)景下的應(yīng)急電源……

“以我們的氫動(dòng)力電源產(chǎn)品——百瓦級(jí)便攜式移動(dòng)氫電源為例。1Kg料可以產(chǎn)生3度電，低于20g的單料包可以實(shí)現(xiàn)100分鐘以上的供電，通過(guò)更換料包，理論上可以實(shí)現(xiàn)‘無(wú)限續(xù)航’，作為野外工作、露營(yíng)、科考等場(chǎng)景下的應(yīng)急電源，具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。”成永紅說(shuō)。

固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的不斷創(chuàng)新和提升，將進(jìn)一步推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。“氫同時(shí)具有能源和資源的雙重屬性。”在成永紅看來(lái)，“未來(lái)的氫可能就像現(xiàn)在的煤一樣，會(huì)長(zhǎng)期存儲(chǔ)下來(lái)，什么時(shí)候需要，什么時(shí)候轉(zhuǎn)化為能源。未來(lái)，整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程也會(huì)發(fā)生非常大的變化。”?

氫能產(chǎn)業(yè)駛?cè)搿翱燔?chē)道”

西安致力打造“氫能科創(chuàng)之都”?

成永紅表示：“未來(lái)我們將與行業(yè)伙伴廣泛合作，持續(xù)推動(dòng)金屬氫化物@石墨烯復(fù)合固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)在氫能大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)、電力能源、移動(dòng)終端等領(lǐng)域的落地應(yīng)用，助力全國(guó)儲(chǔ)氫、用氫產(chǎn)業(yè)鏈快速發(fā)展，為國(guó)家構(gòu)建綠色低碳現(xiàn)代能源體系、實(shí)現(xiàn)‘雙碳’戰(zhàn)略貢獻(xiàn)力量。”

采訪中記者了解到，近年來(lái)，西安成為企業(yè)布局氫能產(chǎn)業(yè)的“香餑餑”：2021年3月，隆基綠能便與上海朱雀投資合資，成立西安隆基氫能科技有限公司，隆基創(chuàng)始人李振國(guó)親自“掛帥”，進(jìn)軍“光伏制氫”；2022年起，維納氫能科技、德燃動(dòng)力、比克新能源技術(shù)等多家氫能產(chǎn)業(yè)鏈上、中、下游企業(yè)安家西安。一條新的千億級(jí)產(chǎn)業(yè)鏈正向西安“招手”……

同時(shí)，《西安市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（20232035年）（征求意見(jiàn)稿）》進(jìn)一步明確：西安定位全國(guó)氫能科創(chuàng)之都、全國(guó)氫能高端裝備產(chǎn)業(yè)集聚高地。?

“預(yù)測(cè)到2030年，氫能的發(fā)展將進(jìn)入黃金時(shí)代。現(xiàn)在看來(lái)，這個(gè)目標(biāo)正在夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，我們和世界上最清潔能源的距離漸行漸近！”成永紅信心滿滿地說(shuō)。

文/圖：西安報(bào)業(yè)全媒體記者 任娜 程靜 部分圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)