北方稀土储氢项目获自治区专项资金支持，稀土储氢材料未来前景如何？
近日，经内蒙古自治区评审通过，北方稀土“高能量密度稀土储氢材料及其可再生能源储能转换技术示范工程”“高世代大尺寸显示玻璃基板用稀土抛光材料及器件关键技术研发”“高性能各向异性热压钕铁硼永磁材料产业化技术开发”等3个科技创新项目获得2022年自治区第一批科技重大专项资金1034万元支持。
北方稀土（600111）积极响应国家新能源发展战略，以项目建设带动新能源产业链发展，稀土院针对风力/光伏电能“削峰填谷”需求，开展了“高能量密度稀土储氢材料及其可再生能源储能转换技术示范工程”项目研究，应用稀土储氢材料及镍氢电池，利用氢能及储能产业技术，实现系统热电一体化管理，提高能量利用效率和运行稳定性。项目将进一步促进我国可再生能源、氢能、储能和稀土产业高质量发展，提高稀土行业科技自主创新能力。
下一步，北方稀土将持续加强科技创新服务力度，深化企业与科研院所交流合作，在项目成果转化、示范推广、人才培养等方面做好科技服务，积极推动该项目各项任务落实落地，全力推进关键领域技术创新，以科技创新推动企业高质量发展。
近年来，随着氢能产业的发展，稀土储氢材料也渐渐进入大众的视野。
稀土储氢材料是什么？
储氢材料主要有四大类型，即稀土系、钛系、锆系和镁系。目前La-Ni系AB5和La-Mg-Ni系AB3.5两种类型均已实现了商业化应用。
回顾稀土储氢材料发展历程，可将储氢材料的开发划分为三代：
第一代储氢材料起源于LaNi5的AB5型合金，AB5指合金的组成。
A侧元素为La、Ce、Pr、Nd、Ti、V、Mg、Ca等元素，均为氢稳定性元素，吸氢性能优良而放氢性能不佳，该侧元素控制着储氢材料的储氢量，可与氢形成稳定氢化物的防热型金属，决定了储氢材料吸氢量的大小。
B侧元素为Ni、Co、Mn、Fe、Sn、Al、Si等元素，均为氢不稳定性元素，放氢性能优良而吸氢性能差，具有催化活性，难以与氢形成氢化物的金属，该侧元素控制着储氢材料吸放氢的可逆性，起调节储氢材料生成热和分解压力的作用。
第二代储氢材料是具有Laves相结构的AB2合金（A、B含义同上），此类储氢材料储氢容量较AB5型大，循环寿命长，但初期活化比较困难。
第三代储氢材料为镁基合金和钒基固溶体合金，但在实际应用中尚存在问题，尚有待进一步研究和开发。
稀土储氢材料目前主要产业有两个应用方向，镍氢电池和储氢装置。
镍氢电池广泛用于混合动力汽车、电动工具及工业和民用电池，在安全性和低温性能方面有较强的优势。储氢装置因其可以无泄漏、低压、安全储氢，且体积储氢密度高的优势，已用于为测试仪器、燃料电池、集成电路和半导体生产、粉末冶金、热处理等供氢，还可用于氢气提纯及加氢站和移动加氢站的氢气增压，在氢能、燃料电池和燃料电池汽车应用中发挥重要作用。
（1）镍氢电池
镍氢电池是目前稀土储氢材料的主要应用领域，与锂离子电池相比，除优良的低温性能和安全性外，镍氢电池在号称城市矿山的废电池回收方面也有很大的优势。镍氢电池因富含高价值的Ni、Co和稀土，废电池有很好的回收价值，回收后这些金属可以返回用于制造储氢合金，因此镍氢电池使用对环境的不良影响很小，且原料循环使用，利于节约资源和环境保护。
AB5型储氢材料自我国20世纪90年代开发用于镍氢电池以来，经过20多年的发展，技术、装备水平和产品性能都有了很大提高：
在性能方面，储氢材料容量已达到340mAh/g，电池放电倍率已达到30C，可以在-40℃~80℃的温度下使用；
在成本方面，A侧采用混合稀土去Pr、Nd化，以镧、铈等高丰度稀土替代全配分混合稀土金属，B侧降低Co含量，大幅度降低了成本；
在制造工艺方面，采用甩带+热处理工艺，保证储氢合金成分和组织结构均匀性的前提下，提高了合金的大电流充放电性能，达到HEV电池要求；
在后处理方面，对储氢合金进行表面处理，在其表面形成具有较高催化活性的富镍层，从而提高了合金的活化性能和高倍率充放电能力，这是HEV镍氢电池的关键技术。
（2）储氢装置
稀土储氢材料通过化学反应可以把氢气变成金属氢化物固体储存起来，储氢体积密度可达到液态氢密度，实现了低压、无泄漏、安全储氢。利用储氢材料的这一特性可做成金属氢化物储氢装置。
储氢装置可用于氢气增压，具有无机械部件、无噪声、低耗能的优势，可用于加氢站和移动加氢站，在推动氢能和燃料电池应用中将发挥重要作用。同时，储氢装置在实验室测试仪器、便携式色谱仪、集成电路和半导体生产、粉末冶金、热处理等的供氢，氢气提纯等方面也有较好的应用。
通过储氢材料的开发和储氢装置的优化设计制造，达到更好的储氢比容量、更快的充放氢速度和更好的长期运行可靠性，是储氢装置需要不断改进和提高的目标。
我国稀土储氢材料市场
我国稀土储量丰富，为储氢材料行业的发展提供充足的原材料市场保证。中国稀土开采量长期位居世界首位，USGS数据显示，2021年中国稀土矿开采量为16.8万吨，中国稀土产量在全球市场上的比例，在2021年又恢复至60%；第二名是美国，其在2021年的稀土开采量约为4.3万吨，同比新增了10.3%左右。
目前，全球稀土储氢材料95%由中国和日本供应，中国储氢合金产量超过全球总产量的70%。近年来，我国储氢材料基本达到供需平衡，随着氢能汽车的推广应用，稀土储氢材料的市场需求也将大大增加，根据预测，2022年我国稀土储氢材料市场规模将达到7.8亿元。
当前，国内主要稀土储氢合金材料科研院所及高校、企业的重点研发方向都集中攻克固态储氢和燃料电池上，氢能产业链包括制氢、液氢储运与应用、镁基氢化物研究。国内部分从事稀土储氢企业如图所示。
氢能需求、燃料电池技术提升带动行业发展，金属氢化物作为一种新型的能源材料，具有贮氢密度高、安全高效及环境友好等优点，将成为未来车载燃料电池的氢载体，稀土储氢材料作为储氢产业中必不可少的一员，未来前景广阔。
参考资料
[1]李倩.稀土储氢材料发展历程回顾[J].稀土信息,2022(03):36-39.
[2]北方稀土官网-《北方稀土3个科技创新项目获自治区科技重大专项资金支持》
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