《镁基储氢材料制备及应用》

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该项目属于新能源材料的开发与应用领域,主要解决氢能利用的关键瓶颈问题,即氢的高效安全存储与制取。传统的氢存储主要采用高压气态或低温液态,密度低、能耗高、安全性差,制约了氢能的大规模应用。金属固态储氢则具有密度高、安全高效的优势,其中镁的储氢量可达7.6wt%,是常用金属中最高的。然而块体镁与氢气无法直接反应,镁粉太活泼易燃烧,将镁颗粒钝化后表面存在氧化层可以提高安全性,但与氢气的反应会大大减慢,需要反复高温吸放氢活化,来破坏氧化层,提升与氢气的反应速度。另外,镁氢化物的放氢温度过高,应用受到限制。

针对以上这些问题,该项目的技术创新点在于:

1)利用气相合金化的方法来制备核壳结构镁基储氢材料粉体,在镁颗粒表面形成含催化剂保护层,从而无需活化快速制备氢化镁,克服了镁粉和氢气在高温高压环境中易燃烧爆炸以及金属固体材料氢化不完全、时间长、能耗大等一系列难题,具有安全可靠,产量高,产物纯,能耗低等优势;

2)成功开发出了氢化镁的可控水解产氢技术,可为1000W内的燃料电池供氢,水解度达到98%以上,用水量接近理论反应所需量;

3)通过核壳结构解决了镁基氢化物与含能材料主要组分的相容性问题,为其在高含能材料领域的应用奠定了基础。

项目已获得国家发明专利7项,申请国家发明和国际PCT专利12项,取得了以下一些应用成果;

1)2016年2月,与新加坡HES公司合作,采用氢化镁为氢源的燃料电池无人机Skyblade 360创造了飞行6小时,航程300公里的纪录。

2)2016年11月,与无人机制造商H3动力合作推出的Hywings固定翼手抛发射无人机,能够在空中连续飞行10小时而无需填充燃料,续航里程为500多公里。

3)所开发的镁基储氢材料方面的3项专利转让企业,已用于建设吨级材料生产线,所生产的产品销售到国外内企业、研究单位,创造了较高的社会价值和经济价值。

4)与神华集团北京低碳清洁能源研究所合作,将镁基储氢材料及其储氢/燃料电池系统应用于矿井下的备用电源和加氢站,大幅提升了安全性和能量密度,具有显著的示范效应。

5)与南京理工大学王泽山院士团队合作,在总装重大专项计划支持下,采用核壳结构氢化镁作为高能炸药添加剂,解决了氢化物与含能材料的相容性问题,获得了爆炸当量达2.0-2.1TNT的高威力炸药,较常规含铝粉炸药可提高5-10%,爆温提升150度以上。

6)与中国船舶重工集团公司第七一二研究所合作,将镁基储氢材料应用于电推进水下无人平台的氢源动力系统。相比于国内外同类产品,上海交通大学的镁基储氢材料具有粉体粒径均匀,产氢转化率高,产氢启动速度快等优势,水解产氢量可达材料自身质量的14.8wt%以上。

7)与武汉能智达科技有限公司合作,开发出的氢化镁燃料电池系统的能量密度达到700Wh/kg以上,电源产品已经开始小批量出口至北美地区使用。

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