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2023-02-17
镁基储氢材料是金属固态储氢材料中储氢密度最高的材料。
面对能源安全、环境保护等压力，氢能有望在能源转型过程中扮演重要角色，氢能作为目前最具潜力的二次清洁能源在我国能源转型中将占据重要地位。而每当聊起氢能源，有一个重要话题总是“如影随形”：储存和运输是氢气大规模应用的前提。
在氢气制、储、运、加、用的产业链环节中，储、运环节是高效利用氢能的关键，也是影响氢能走向产业化的重要环节。 高效安全的储能技术是全球新能源开发与应用的重大技术瓶颈。氢能的安全高效储存和运输对国家氢能战略意义重大，特别是对燃料电池汽车、风能光能产业、电力行业、航空航天等领域有重要的直接应用价值。
镁基储氢材料是金属固态储氢材料中储氢密度最高的材料。随着近几年全球镁及镁合金的研究呈现爆发式增长，我国也已经成为全球重要的镁生产国、应用国和研究国，在国际上具有一定的技术优势。
镁基储氢材料将迎来怎样的市场发展空间?我国又如何在这个新领域持续保持领先优势?今天，请随《中国科技信息》一起来聊聊这些问题。
最有发展潜力的固态储氢材料之一
目前主要的氢储运方式分为气态储氢、液态储氢和材料储氢。与气态储氢和液态储氢相比，固态储氢既可以大幅提高体积储氢密度，又可以提高储运氢的安全性，因此，寻找性能优越、安全性高、价格低廉且环保的储氢材料是当前固态储氢研究的关键。
将眼光投向广阔的自然界中，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和较低的压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来，可实现上万次循环充放氢。这些会“吸放”氢气的金属，即为固态储氢材料。
如此看来，固态储氢具有储氢密度高、成本低、安全稳定和使用周期长等特点，而金属镁在储氢研究领域具有成本低、质量轻、无污染等优点，被认为是最有发展潜力的固态储氢材料之一。 专家认为，镁基储氢材料是金属固态储氢材料中储氢密度最高的，一旦大规模应用，将根本上改变传统储能模式中效率低、成本高、安全性差等问题。
成本低、优点多 镁基储氢材料极具应用前景
那么，镁基储氢材料具体有哪些优势?首先，它具有储氢量高、镁资源丰富以及成本低廉等优点，被认为是极具应用前景的一类固态储氢材料。我国在镁资源方面非常有优势，全球大概90%的镁都是生产于中国，镁年产量占全球85%以上，原料来源丰富且成本低，不存在材料被“卡脖子”的问题。 因此，镁系储氢合金适合用于氢气的规模储运应用场景，可用于氢冶金、规模储能、加氢站等应用场景的氢气储存与运输。
此外，镁的性能非常好，储氢密度非常高，可以实现长循环寿命。具体来看，镁储氢密度是气态氢的1000倍、液态氢的1.5倍。由于镁及镁金属是常温常压，所以安全性远高于气态和液态储氢。此外，镁储氢还可纯化氢气。据悉，镁固态储氢材料在储氢过程当中可以转化为99.999%的绿氢。镁本身也是绿色制氢材料，如果把镁和水相结合，1克镁相当于2升氢气，它的储氢率可以达到15.2%。
其次，用镁合金来储存氢的技术可以应用到交通领域，如汽车、摩托车等。普通汽车的油箱储油量相当于5公斤至6公斤的氢产生的能量，需要80公斤至90公斤的镁合金容器，这与普通油箱的重量差不多，但体积较小。用氢作为动力并不是通过燃烧氢来获得，而是把氢直接转化为电能，进而为汽车提供动力。汽油燃料的效率在20%-30%，而氢通过能源电池直接转换为电能，效率可达70%-80%。
目前国内外正在开发面向应用场景的Mg基固态储运氢技术，但技术水平仍处于产业化初期阶段，仍需解决材料的规模低成本制备、大容量储氢罐设计、高温余热耦合集成等技术，实现储氢合金的高效安全吸放氢。
镁基储氢可能成为电池领域的颠覆者
目前，储能行业虽然热度高涨，但资源有限、成本高、安全性问题没有根本解决仍是制约行业发展的难题，尤其是锂离子电池资源短缺、安全隐患、污染等问题凸显。同时，数字显示到2050年，可再生能源装机容量可以比2020年增加10倍，需要大量的能源储存，按照目前的储能量远远不够，现有储能技术遇到了严重的瓶颈。
相比而言，镁电池成本低、安全性高、燃料密度与锂电池相当，业内认为镁基储氢可能成为电池领域的颠覆者。例如，作为负极来说，镁电池是现在商用锂电池负极的6倍。在市场上可以看到，目前已经有不少企业入局镁基固态储氢材料领域，相继取得进展。镁基固态储运氢技术的发展，将为未来中国能源体系变革、交通运输方式低碳化转变奠定基础。
根据中国氢能联盟预计，到2025年我国氢能产业产值将达到1万亿元;到2050年氢能在我国终端能源体系中占比超过10%，产业链年产值达到12万亿元，这将对镁基储氢材料提出了大量市场需求。专家表示，镁领域技术一旦成熟，将带领镁产业由目前的百亿级市场直接升级为万亿级市场。
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