稀土贮氢合金及其应用

稀土贮氢合金及其应用

1、概述

人们很早就发现，稀土金属与氢气反应生成稀土氢化物REH2，这种氢化物加热到1000℃以上才会分解。而在稀土金属中加入某些第二种金属形成金属间化合物后，在较低温度下也可吸放氢气，通常将这种合金称为贮氢合金。

典型的贮氢合金LaNi5是1969年荷兰菲利浦公司发现的，从而引发了人们对稀土系储氢合金的深入研究。

在已开发的一系列贮氢材料中，稀土系贮氢合金综合性能好，应用也最为广泛。其应用领域已扩大到能源、化工、电子、宇航等诸多方面。如用于化学蓄热和化学热泵的稀土贮氢合金可以将工厂的废热等低质热能回收、升温；利用稀土贮氢合金释放氢气时产生的压力，可以用作热驱动的动力；采用稀土贮氢合金可以制成体积小、重量轻、输出功率大的升降装置和温度传感器。特别是近年来稀土贮氢合金作为负极活性物质应用于镍氢电池中，这种电池具有容量大、无记忆效应、循环使用寿命长、可快速充放电等特点，迅速实现了产业化。镍氢电池正在取代镍镉电池，镉有毒而稀土无毒，故镍氢电池又称为绿色电池。

2、国内本行业的发展现状及未来发展趋势

自70年代末期我国就开始了稀土储氢合金的研究，主要研究单位有南开大学、浙江大学、北京钢铁研究总院、包头稀土研究院、北京有色金属研究院等。国家对于开发和研制这类高科技产品历来十分重视，20世纪90年代以来，在国家“八五”、“九五”攻关，以及“863”高技术发展计划中，稀土储氢材料均被列为重点项目，放到优先发展的地位。

目前，我国稀土储氢合金先后取得了十多项发明专利，开发了富镧、富铈、低钴系列的储氢合金，2000年底我国储氢合金的生产能力已超过3000吨/年，其中包头地区已经形成500吨/年的生产能力。我国镍氢电池已实现产业化。

目前，已有生产镍氢电池的企业近100多家，并形成了一批生产镍氢电池的骨干企业，如天津和平海湾公司、沈阳三普公司、浙江中大绿色电源公司、江苏海事达公司、河南寰宇公司，广东森莱公司和广东佳力公司等。

2000年全国镍氢电池生产量已达到1.5亿支，消费稀土储氢合金1200吨。但国内这些公司为了保证产品质量，有些还是从国外进口储氢合金粉。镍氢电池因其高容量、优越的大电流充放性能、安全、无公害，特别是高的性能价格比，被世界各国首选为电动车、电动工具等的动力电源。锂离子电池由于安全性差、高等因素的限制，作为动力电池，离实用化的要求，仍相距甚远。在日本和美国，目前上市销售的电动汽车或混合动力汽车所配电池均为镍氢电池。在台湾的电动自行车和电动工具所配的电池也都是镍氢电池，且市场潜力巨大。

国内电动车用电池的研究开发也取得了很大的进展，100Ah（288V）的镍氢动力电池组已进行了路试，充电一次可行驶288公里，最高时速可达120公里，并有良好的加速性能。但是，国内镍氢动力电池还未进入产业化阶段。包钢稀土高科股份公司正在涉足此领域，并投巨资，通过引进技术和装备，充分发挥稀土资源的优势，将实现大规模的批量生产。

有关专家预测：到2010年，我国Ni－MH电池用储氢合金市场需求量将约达15万吨，将是我国目前这种材料生产能力的50倍左右。

能源危机和环境保护是当今世界的两大主题，科学家们认为，氢能是未来发展前途极大的一种二次能源。储氢材料，作为氢气的载体，将在21世纪呈现出广阔的市场空间。

目前，包头地区正在形成稀土贮氢合金材料的生产基地，生产能力将达到3000吨/年，占全国总生产能力的60%左右。稀土贮氢合金未来的发展趋势光明，将会在氢气提纯、氢气储运、空调设备等方面获得新的发展空间。我国信息产业部、电子行业协会已将稀土贮氢合金材料作为“十五”期间重点发展的新材料。

3、研究重点及项目

我国稀土贮氢材料研究起步较早，但与国外相比仍有一定的差距，特别是在材料性能和应用器件的开发上。目前的研究重点是稀土镍氢动力电池用贮氢材料的研制与开发，以及稀土镍氢动力电池的产业化生产；同时研究稀土贮氢材料新的用途。

项目：稀土镍氢动力电池产业化生产项目储氢器项目稀土氢化物热泵项目稀土贮氢合金传感器项目

4、国内主要科研单位和生产厂家

主要科研单位：

北京钢铁研究总院

上海钢研所

北京有色金属研究总院

包头稀土研究院

电子部天津第18研究所

南开大学新能源技术研究所

浙江大学材料系

中科院长春应用化学研究所

中科院沈阳金属研究所

主要生产厂家：

沈阳中辽三普电池有限公司

包头稀奥科镍氢动力电池股份有限公司

包头三德稀土贮氢合金有限责任公司

包头和发稀土集团公司

天津和平海湾电源集团有限公司

天津莫比士电池有限公司磐石电池（上海）有限公司浙江中大股份有限公司

广东中山天骄稀土材料有限公司

天津三洋电池公司

北京金洋航科技股份有限公司

宁波中江有限公司

深圳比亚迪电池有限公司

5、国内从事该领域研究的专家

余成洲教授北京有色金属研究总院

雷永泉教授浙江大学材料系

陈长聘教授浙江大学材料系

耿朝青高工包头稀土研究院

李培良教授广东中山天骄稀土材料有限公司

蒋利军教授北京有色金属研究总院

吴建民教授北京钢铁研究总院