鎂基固態(tài)儲氫材料

在鎂基固態(tài)儲氫材料制備方面，上海交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等院校有開展相關(guān)基礎(chǔ)研究。國外鎂基固態(tài)儲氫材料生產(chǎn)相關(guān)單位包括日本BioCoke Lab，美國Alfa Aesar，美國Sigma Aldrich公司，其氫化鎂的價格在5000-10000 RMB/kg，表明其低成本生產(chǎn)技術(shù)尚未解決。截止目前上海鎂源動力科技有限公司是全球唯一能大批量生產(chǎn)鎂基固態(tài)儲氫材料的企業(yè)，居國際領(lǐng)先水平。

上海鎂源動力科技有限公司的鎂基固態(tài)儲氫材料生產(chǎn)技術(shù)來源于上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心。2017年，核心成員教育部青年長江學(xué)者鄒建新教授在多方支持下，將該成果在上海臨港落地產(chǎn)業(yè)化，成立上海鎂源動力科技有限公司。公司成立之后，將此專利技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的產(chǎn)業(yè)化研究，克服了鎂基固態(tài)儲氫材料生產(chǎn)制備放大、儲放氫動力學(xué)和熱力學(xué)等一系列難題，開發(fā)了低成本批量制備高性能鎂基固態(tài)儲氫材料的技術(shù)及全套設(shè)備。目前可以達(dá)到年產(chǎn)10噸級的生產(chǎn)水平，生產(chǎn)的鎂基固態(tài)儲氫材料性能穩(wěn)定可控，技術(shù)水平處于國際領(lǐng)先地位。

經(jīng)多年攻關(guān)，鎂源動力已形成完整自主知識產(chǎn)權(quán)專利體系，從鎂基儲氫材料的制備及設(shè)備，到材料在能源、醫(yī)療健康和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)，開發(fā)布局了關(guān)鍵核心專利技術(shù)共計18項，其中PCT專利3項。核心技術(shù)榮獲2018年上海市技術(shù)發(fā)明二等獎。

1）新能源領(lǐng)域

鎂基固態(tài)儲氫材料，作為氫的可逆“存儲”介質(zhì)具有優(yōu)良的吸放氫性能以及長期循環(huán)無動力學(xué)衰減和容量損失的優(yōu)點，可實現(xiàn)大容量固態(tài)儲氫，常溫常壓長距離運輸。不但可降低氫氣的儲運成本和能耗，而且安全便捷，有望成為氫儲運領(lǐng)域的重要關(guān)鍵材料，從而推動氫能行業(yè)的發(fā)展。目前，氫儲（上海）能源科技有限公司采用上海交通大學(xué)鎂基儲氫材料的技術(shù)正在研發(fā)單車可存儲噸級以上氫氣的長罐儲運氫拖車，已建立測試基地并準(zhǔn)備在2020年實現(xiàn)量產(chǎn)。

另外，鎂基固態(tài)儲氫材料的水解反應(yīng)可在較低溫度下進(jìn)行，因此有望用于大功率燃料電池的氫源，取代目前所用的高壓氫氣瓶，可大大提高移動式氫源的安全性并降低建造高壓加氫站所需的成本。上海鎂源動力有限公司和上海交通大學(xué)聯(lián)合研究開發(fā)出了鎂基固態(tài)儲氫材料的可控水解產(chǎn)氫技術(shù)，供氫速度連續(xù)可調(diào)，可為1000W內(nèi)的燃料電池供氫，材料的水解度達(dá)到99%以上，用水量接近理論反應(yīng)所需量。利用鎂基儲氫材料的水解產(chǎn)氫可作為不同功率燃料電池的氫源，范圍可覆蓋從幾瓦到千瓦的產(chǎn)品，用于電子、航海、航空航天及新能源汽車等領(lǐng)域，也可以作為野外應(yīng)急儲備電源或水下裝備動力源，其能量密度遠(yuǎn)高于常規(guī)的鋰電池。鎂源動力與新加坡HES公司合作，用鎂基儲氫材料為氫源的燃料電池?zé)o人機創(chuàng)造了飛行6小時，航程300公里的紀(jì)錄。

2）氫健康領(lǐng)域

經(jīng)過多年探索發(fā)現(xiàn)，氫原子作為宇宙最小的原子，對人體健康具有神奇的功效，能有選擇的清除有害的氧化自由基，對多種疾病有治療作用，有益于人身健康。但由于氫分子的特性，氫的獲取應(yīng)用在日常生活中有很多不便之處，使用鎂基固態(tài)儲氫材料研發(fā)的氫健康產(chǎn)品，很好的解決了日常生活中氫的獲取和應(yīng)用問題，使氫健康深入生活成為可能。鎂基固態(tài)儲氫材料的水解在室溫下就能進(jìn)行，反應(yīng)條件溫和，放氫量大，約為15.2wt.%，是熱分解放氫量的兩倍。

上海鎂源動力科技有限公司將鎂基固態(tài)儲氫材料運用到了醫(yī)療健康領(lǐng)域的衍生品中，包含吸氫機、富氫杯及洗護(hù)用富氫片劑，不同于常規(guī)的吸氫機、富氫杯，無需用電，產(chǎn)生的氫氣純度高，不存在余氯和臭氧問題。吸氫機小型化，使用便捷，富氫杯不受飲品種類和溫度限制，符合中國人喜歡熱飲的習(xí)慣。

3）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

鎂基固態(tài)儲氫材料的醫(yī)用價值主要歸功于它的兩大分解產(chǎn)物——鎂離子和氫氣。

首先，鎂是人體必需的常量元素，鎂離子是人體內(nèi)一種重要的離子。鎂離子可以激活人體多種酶的活性；維護(hù)骨骼生長和神經(jīng)肌肉的興奮性；維護(hù)胃腸道和激素的功能。其次，有報道稱，吸入2%的氫可有效清除強毒性自由基，顯著改善腦缺血再灌注損傷，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際醫(yī)學(xué)頂級期刊《Nature Medicine》。此后大量研究表明，氫氣具有抗氧化、抗炎癥和抗細(xì)胞凋亡的生物效應(yīng)，對人類常見的如心血管疾病、糖尿病、老年癡呆癥、甚至腫瘤等等70多種慢性疾病均具有良好的輔助治療效果，氫氣在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。世界各國紛紛發(fā)展氫氣醫(yī)學(xué)，并相繼將氫氣列入食品添加劑目錄中。

鎂基固態(tài)儲氫材料應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，一方面可以改善因為鎂缺乏引起的各種疾病，另一方面可以清除體內(nèi)惡性自由基，抗氧化防衰老；增強免疫力，改善機體抗病能力。因此，鎂基固態(tài)儲氫材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，值得基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床應(yīng)用研究的重視。目前上海鎂源動力科技有限公司聯(lián)合華山醫(yī)院，上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心，三方發(fā)揮各自優(yōu)勢，正在研發(fā)可用于疾病預(yù)防及治療，便捷、安全、高效的健康產(chǎn)品。

4） 農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)領(lǐng)域

鎂基固態(tài)儲氫材料在農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也是基于鎂和氫的共同作用。氫氣還具有非常可觀的農(nóng)業(yè)效益，因此有人認(rèn)為氫氣是潛在的化肥替代品。但是直接使用氫氣應(yīng)用于大田生產(chǎn)顯然是不現(xiàn)實的，還有人試圖利用氫水棒或電解的辦法獲得富氫水以澆灌植物。但是受限于成本和實際條件無法大規(guī)模使用該方法。

在土肥、水肥、葉肥中加入固態(tài)鎂氫緩釋材料，將是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域氫應(yīng)用的可行的方法，對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生有利的影響。鎂基固態(tài)儲氫材料作為一種緩釋氫肥，起到調(diào)節(jié)植物激素的作用，提高植物的抗逆性，促進(jìn)植物的營養(yǎng)吸收，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，有利于植物生長發(fā)育。其分解產(chǎn)生的鎂離子是葉綠素的合成元素，是植物光合作用所必須的；產(chǎn)生的氫氣可直接被植物根系吸收，或釋放到地表空氣中形成氫氣氛圍被植物各組織部分吸收。

鎂基固態(tài)儲氫材料作為氫肥料有以下優(yōu)點：

(1). 成本低、用量少，有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用；

(2). 無污染，基本無殘留，環(huán)保效果好；

(3). 應(yīng)用范圍廣，可在旱地、水田大規(guī)模應(yīng)用，也可以應(yīng)用于溫室大棚、無土栽培、盆栽、插花等領(lǐng)域。

有研究結(jié)果顯示，在牛羊等飼養(yǎng)中加入氫氣，會改善牛羊體質(zhì)，減少抗生素使用，同時奶品蛋白質(zhì)含量顯著提高，而鎂基固態(tài)儲氫材料在供氫的同時補充鎂元素，是優(yōu)良的飼料添加劑。2100433B

鎂基固態(tài)儲氫材料的主要成分為氫化鎂，純度>99%，雜質(zhì)主要為鎂和痕量其他金屬元素。

鎂基固態(tài)儲氫材料放氫方式有兩種：

1）熱解放氫，在300℃-400℃高溫條件下可穩(wěn)定釋放氫氣，具體放氫溫度依賴材料成分和結(jié)構(gòu)。可實現(xiàn)可逆循環(huán)儲放氫，循環(huán)儲放氫密度>6.0wt%，可用于大容量長距離的氫氣儲運、固態(tài)加氫站以及燃料電池動力系統(tǒng)；熱解放氫反應(yīng)式如下：

2）水解放氫，鎂基固態(tài)儲氫材料中含負(fù)氫離子，在潮濕的環(huán)境中或遇水會發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生人體不可或缺的鎂離子和具有優(yōu)質(zhì)抗氧化性的氫氣，放氫密度為鎂基固態(tài)儲氫材料的15 wt%，在小型設(shè)備動力系統(tǒng)、醫(yī)療、健康等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。