基本介紹
- 中文名：鎂基固態儲氫材料
- 主要成分：氫化鎂，純度>99%，雜質主要為鎂和痕量其他金屬元素
理化性質,產業化情況,套用領域,
理化性質
鎂基固態儲氫材料的主要成分為氫化鎂，純度＞99%，雜質主要為鎂和痕量其他金屬元素。
鎂基固態儲氫材料放氫方式有兩種：
（1）熱解放氫，在300℃-400℃高溫條件下可穩定釋放氫氣，具體放氫溫度依賴材料成分和結構。可實現可逆循環儲放氫，循環儲放氫密度＞6.0wt%，可用於大容量長距離的氫氣儲運、固態加氫站以及燃料電池動力系統；熱解放氫反應式如下：
（2）水解放氫，鎂基固態儲氫材料中含負氫離子，在潮濕的環境中或遇水會發生水解反應，產生人體不可或缺的鎂離子和具有優質抗氧化性的氫氣，放氫密度為鎂基固態儲氫材料的15 wt%，在小型設備動力系統、醫療、健康等領域具有廣泛的套用價值。
產業化情況
在鎂基固態儲氫材料製備方面，上海交通大學、華南理工大學、北京大學、復旦大學等院校有開展相關基礎研究。國外鎂基固態儲氫材料生產相關單位包括日本BioCoke Lab，美國Alfa Aesar，美國Sigma Aldrich公司，其氫化鎂的價格在5000-10000 RMB/kg，表明其低成本生產技術尚未解決。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鎂基固態儲氫材料的企業，居國際領先水平。
上海鎂源動力科技有限公司的鎂基固態儲氫材料生產技術來源於上海交通大學氫科學中心。2017年，核心成員教育部青年長江學者鄒建新教授在多方支持下，將該成果在上海臨港落地產業化，成立上海鎂源動力科技有限公司。公司成立之後，將此專利技術進行了進一步的產業化研究，克服了鎂基固態儲氫材料生產製備放大、儲放氫動力學和熱力學等一系列難題，開發了低成本批量製備高性能鎂基固態儲氫材料的技術及全套設備。可以達到年產10噸級的生產水平，生產的鎂基固態儲氫材料性能穩定可控，技術水平處於國際領先地位。
經多年攻關，鎂源動力已形成完整自主智慧財產權專利體系，從鎂基儲氫材料的製備及設備，到材料在能源、醫療健康和醫學領域的套用技術，開發布局了關鍵核心專利技術總計18項，其中PCT專利3項。核心技術榮獲2018年上海市技術發明二等獎。
套用領域
（1）新能源領域
鎂基固態儲氫材料，作為氫的可逆“存儲”介質具有優良的吸放氫性能以及長期循環無動力學衰減和容量損失的優點，可實現大容量固態儲氫，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，有望成為氫儲運領域的重要關鍵材料，從而推動氫能行業的發展。氫儲（上海）能源科技有限公司採用上海交通大學鎂基儲氫材料的技術正在研發腳踏車可存儲噸級以上氫氣的長罐儲運氫拖車，已建立測試基地並準備在2020年實現量產。
另外，鎂基固態儲氫材料的水解反應可在較低溫度下進行，因此有望用於大功率燃料電池的氫源，取代所用的高壓氫氣瓶，可大大提高移動式氫源的安全性並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聯合研究開發出了鎂基固態儲氫材料的可控水解產氫技術，供氫速度連續可調，可為1000W內的燃料電池供氫，材料的水解度達到99%以上，用水量接近理論反應所需量。利用鎂基儲氫材料的水解產氫可作為不同功率燃料電池的氫源，範圍可覆蓋從幾瓦到千瓦的產品，用於電子、航海、航空航天及新能源汽車等領域，也可以作為野外應急儲備電源或水下裝備動力源，其能量密度遠高於常規的鋰電池。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無人機創造了飛行6小時，航程300公里的紀錄。
（2）氫健康領域
經過多年探索發現，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，有益於人身健康。但由於氫分子的特性，氫的獲取套用在日常生活中有很多不便之處，使用鎂基固態儲氫材料研發的氫健康產品，很好的解決了日常生活中氫的獲取和套用問題，使氫健康深入生活成為可能。鎂基固態儲氫材料的水解在室溫下就能進行，反應條件溫和，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儲氫材料運用到了醫療健康領域的衍生品中，包含吸氫機、富氫杯及洗護用富氫片劑，不同於常規的吸氫機、富氫杯，無需用電，產生的氫氣純度高，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慣。
（3）醫學領域
鎂基固態儲氫材料的醫用價值主要歸功於它的兩大分解產物——鎂離子和氫氣。
首先，鎂是人體必需的常量元素，鎂離子是人體內一種重要的離子。鎂離子可以激活人體多種酶的活性；維護骨骼生長和神經肌肉的興奮性；維護胃腸道和激素的功能。其次，有報導稱，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，相關研究結果發表在國際醫學頂級期刊《Nature Medicine》。此後大量研究表明，氫氣具有抗氧化、抗炎症和抗細胞凋亡的生物效應，對人類常見的如心血管疾病、糖尿病、老年痴呆症、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，氫氣在生物醫學領域顯示出巨大的套用潛力。世界各國紛紛發展氫氣醫學，並相繼將氫氣列入食品添加劑目錄中。
鎂基固態儲氫材料套用在醫學領域，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，鎂基固態儲氫材料在生物醫學領域具有廣闊的發展前景，值得基礎醫學和臨床套用研究的重視。上海鎂源動力科技有限公司聯合華山醫院，上海交通大學氫科學中心，三方發揮各自優勢，正在研發可用於疾病預防及治療，便捷、安全、高效的健康產品。
（4） 農業、畜牧業領域
鎂基固態儲氫材料在農業和畜牧業領域的套用也是基於鎂和氫的共同作用。氫氣還具有非常可觀的農業效益，因此有人認為氫氣是潛在的化肥替代品。但是直接使用氫氣套用於大田生產顯然是不現實的，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。但是受限於成本和實際條件無法大規模使用該方法。
在土肥、水肥、葉肥中加入固態鎂氫緩釋材料，將是農業領域氫套用的可行的方法，對農業產生有利的影響。鎂基固態儲氫材料作為一種緩釋氫肥，起到調節植物激素的作用，提高植物的抗逆性，促進植物的營養吸收，改善土壤微生物群落結構，有利於植物生長發育。其分解產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。
鎂基固態儲氫材料作為氫肥料有以下優點：
(1). 成本低、用量少，有利於大規模推廣套用；
(2). 無污染，基本無殘留，環保效果好；
(3). 套用範圍廣，可在旱地、水田大規模套用，也可以套用於溫室大棚、無土栽培、盆栽、插花等領域。
有研究結果顯示，在牛羊等飼養中加入氫氣，會改善牛羊體質，減少抗生素使用，同時奶品蛋白質含量顯著提高，而鎂基固態儲氫材料在供氫的同時補充鎂元素，是優良的飼料添加劑。
