氢听剧场：王树茂——《高安全高效固态储供氢系统》

高安全高效固态储供氢系统

Solid state hydrogen storage and supply system

with high safety and high efficiency

非常容幸来参加今天的氢听剧场，我给大家报告的题目是《高安全高效的固态储供氢系统》。在这里首先介绍一下我们有研集团的情况，我们单位原名北京有色金属研究总院，原来的190家转制院转制过来的，在2017年按照国资委的统一部署，注册为有研科技集团有限公司。目前从事能源那部分主要是在有研集团下面的有研工研院平台下面，我们建有国家有色金属新能源材料与制品工程技术研究中心，这是科技部的工程研究中心。

说到固态储氢，我想在这里首先介绍一下什么是固态储氢？我们知道储氢方式主要有这么几种：一种是固态、液态和气态三态。固态储氢不是直接把氢变成固态，而是氢跟金属反应或者跟固态其他物质反应生成化合物来变成固体物质，这就是固态储氢。

我下面有一系列的体积，与其它储氢方式相比，可以看到这个是合金储氢的体积相对最小，我们从这儿就可以直观的看到它的最大特点是它的体积储氢密度最大，同时储氢压力跟气态相比压力低，一般几十公斤压力就可以对其充氢，大概30-40公斤压力，压力低，就意味着可能相对高压来讲更安全一些，这是一个好处。

最为材料研究院，因为我们是从有色金属材料出发的，所以我们主要是做材料研究，进而做到固态储供氢系统。在相关的储氢材料里面，主要上面那排合金类的包括稀土系的，以镧镍合金为代表的，其他钛系的，以及一些近些年新发展出来的下面这些材料。从我划线那部分，应该上面的已经很成熟了，我们现在可以大规模的得到，底下这些应该相对来讲成本上或者技术上稍微有一些难度，或者吸放氢条件差，但是其容量很高。

在这里面，我在讲到固态储氢材料它作为储供氢技术在氢能领域应用，它究竟有什么优势呢？在这里面我想说的是，首先前面说了，它的低压就意味着比较安全，同时它的充放氢速度很快，效率比较高。同时它具有体积小，体积小就意味着比较高的体积储氢密度。从我们来讲，我们从材料出发，我们从材料做到储氢的组建，最后做到其他用氢的系统里面来，这样来解决储氢的问题。

在材料里面，我们主要第一个是解决了材料，因为这里面大多是钛和稀土，都是高活性金属，同时熔点高，我们就要解决高熔点、高活性金属的洁净熔炼技术，在这里我们开发了一系列的材料，刚才说AB5型和AB型和AB2型，这是具体的合金类型就是稀土系和钛系的以及其他材料。还有近年来新出现的高容量的钒基合金，它的容量可以达到3.6%，就意味着100公斤合金我可以存3.6公斤的氢。还有镁基储氢材料，它的重量储氢容量可以达到7.6%，我们通过各种改善它释放性能以及降低它的温度，那么我们现在可以做到6%以上。但是这个材料它有一个问题是目前为止温度还是很高的，但有些把它进行水解跟水反应来制氢，这也可以在氢能里面获得应用。我后面会讲到把它用作储热或者是规模储氢类似这样的领域里面用到。在其他新材料里我们也开展一些新的材料，；锂镁氮化物以及络合氢化物等等这些化合物，这些都是容量比较高的。

我们做出来的材料，因为要用到，怎么用？我们要做一个储氢装置来解决。这里面有一个问题，我们如何快速响应快速释放氢？首先在实验基础上我们进行一些模型处理来进行模拟，最后验证来开发出储氢装置。这是我们多年来开发的一系列储氢装置。应该说我们从北京有色金属研究院开始，从70年代末就开始，到现在已经有30多年历史了，我们开发出了一系列的储氢材料和装置，从15升到500升，到10立方、20立方，甚至40立方、500立方、1000立方，这是组合形式，如果你还要再大，还可以再增加组合单元，来满足不同的需求。

很多人都会关心这个装置的安全性和可靠性如何？我可以明确告诉大家，我们做过枪击实验，因为氢大部分在合金里存在，在罐里面有很少的一部分气体，枪击之后只冒了很小的火苗而已。因为释放过程中毕竟气体进出，这个容器它可能有体积膨胀，我们也要对它的应变情况来进行测试。同时我们如果用到车上还有移动、振动和循环测试，这一系列都为了保证我们的安全性。从循环性来讲，目前储氢装置应该说是已经达到8000多次的数量，如果作为车来用，如果一天充一次，应该是10年以上是没有问题的，所以从寿命上也是可以保证的。

它的具体用途在哪儿呢？我们可以说从制氢到运氢到站内储氢、加氢、车载储氢都可以有它应用地方，但每个地方可能使用的合金材料不一样，像制氢我们用低成本钛铁合金，运氢要大容量远距离运输，我们就要用镁基合金以及它的大容量材料来做。储氢我们可以用稀土系、钛锰系的材料来做。后面还会讲到在加氢站中还可以用到其它钛系合金，在车上我们也有一些尝试，用钛锰合金。

去年，我们跟深圳的合作伙伴开发了一个低压车载储氢系统，这个系统可以储存氢的量是16公斤，它可以以1000升每分钟的速度放氢，这个速度实际上是可以满足至少60kw以上的燃料电池用，但这个车用的是30kw的燃料电池。它充氢压力在室温下5兆帕，20分钟就可以达到16公斤，我们可以完全不改变我们现在的高压瓶充氢习惯，包括我们加油氢的习惯。同时因为它的充氢压力很低，意味着我们不用建高达35兆帕的加氢站，甚至我们需要用减压法将长管拖车的氢压减到5兆帕进行充氢，这样的话我可以节约一大部分建高压加氢站的成本，同时它因为在工作压力只有0.8兆帕也就是8公斤左右，意味着它的安全性可能会35兆帕更安全一些。从这一点上应该说是对乘客的安全感可能会更好一点。同时它跟燃料电池结合以后，它有一个热效应的利用，那么它可以把整个发电效率提高，来提高它的能效。

关于车用，今年4月份我们还和我们的合作伙伴一道开发出一个冷链运输车，这个出除了为车运行提供动力以外，还为这个车的车箱提供低温制冷电力，充满氢可满足一次运行300公里以上的距离。这是车的。船的方面，德国率先把它用到潜艇上，下面是它的一个大的储氢罐，储氢合金大概用的是吨级的。大家看到展会外面攀业公司有一个小的游艇，它里面用的就是我们提供的固态储氢装置，固态储供氢装置，它可以为船舶提供动力。从固态储氢装置来讲，船因为对氢源体积比较关注，我们固态储氢装置可能更好地满足这方面要求。此外在叉车、拖车以及其他工具车辆上应用前景更好，目前还在开发中。这是在移动方面的应用。

储氢材料有一个特点，就是它在一定温度和压力条件下它是一个吸放平衡的，我如果提高温度，它压力会提高。我们通常用的车载和其他应用，我们要使用的是跟温度不敏感的材料，在这里我们用来加氢的就要选择对温度敏感的材料，这里面它可以当压缩机来使用，用来替代机械压缩机，这是它的又一个用途。大概10年前我们开发出了一个45兆帕的加氢站用的压缩机，这个充氢压力是100公斤以下，然后我把它升温到45度，那就可以得到45兆帕的氢压，从而可以为35兆帕的大巴车来加氢，它可以完成连续12辆的高压段的加氢。它具有体积比较小，同时如果说我们晚上不用加氢或者不需要加氢的时候，我把温度降下来，那它压力就可以降到100公斤以内，相对来讲更安全一些。

这是我们今年在张家口新建成的一个固态压缩系统，它实现升压到90兆帕，从而为70兆帕的乘用车来解决它的加氢问题。这两个罐子就是我们固态储氢静态压缩机。工作时，一个是对外供氢，另一个为自己补储氢，这样来回倒，可以实现了不间断的对外供氢。其加氢速率可以完成每分钟一公斤以上的加氢速度，和我们通常用的加氢站是一样的，因为它没有机械压缩机的机械振动，所以我们叫静态压缩机。它还有一个特点是“储”跟“加”在一起，有它我就可以不用旁边立着储气罐了，可以实现储氢和压缩一体化。

同时在其他应用上，我们可以用于备用电源，这是我们在北京做移动基站的备用电源，这个储氢系统可以为5kw的燃料电池来提供16小时以上的不间断供电，这个比铅酸电池、锂电池有更长的充电时间，如果你还想更长时间，只要把储氢系统再加大就可以实现。

还有一个是分布式发电，这是我们在北京怀柔建立的一个30kw风机水电制氢集成的系统，可再生能源制氢，然后固态储氢，然后需要用电的时候就用来发电、对外供电。这里我们解决了风-氢-电耦合以及风电直接制氢控制问题，这是示范项目。

还有一个是固态储氢可以解决规模储能，我们在这里面是以模块化的基本单元，把它组成一系列的可以为大规模的燃料电池实现规模储能的解决方案。这是它又一个应用范围。

此外刚才说镁基材料有一个特点，它在解析过程中有很大的热效应，我们把这个热效应利用起来，利用太阳能供热发电的储热，我们在国内建成一个示范，它的储热是1000兆焦，我们在里面用了数百公斤的镁基储氢材料来实现系统应用。白天有光我可以得到热，晚上没有光了热量散失怎么办？我靠储氢材料的释放过程中的热效应来继续对外供热，实现连续的供热发电。这是固态储氢在储热领域的应用，它的好处是比我们现在用的熔盐储热应该是几十倍，这意味着，它的效率会更高一些，用储热材料的用量会更少。这是又一个应用场景。

最前面说的都是技术上，我们单位因为从事储氢材料、储氢技术已经很长时间了，我们已经有一系列的专利和一系列的国家标准，我们标准既有安全检测，还有材料的安全检测，包括系统集成和测试标准。我们也获得了一些省部级奖励。我们还有建立首个CNAS认证测试，主要是储氢材料的测试。在影响力方面，我们还是国际能源署IEA氢能实施协议HIA中的中国政府授权代表，我们还是中国可再生能源学会氢能专业委员会主任委员单位，全国氢能标准化委员会主任委员单位，以及国家全国氢能燃料电池产业联盟副理事长单位，这是我们在氢能的行业地位。

我们通过几十年的发展，建立了技术研发、技术测试和测试方式验证等一系列平台，同时我们形成了从材料研制到材料的生产，以及到储供氢系统的生产应用能力，谢谢大家！

主持人：各位嘉宾有没有疑问请教王老师？因为固态储氢低压安全性，还有它的释放氢之后的纯度是很好的，应用很多人不太清楚，有研集团是国字号第一，所以请各位嘉宾抓住机会，两个提问和置疑。