江蘇集萃先進能源材料與應用技術研究所(簡稱“能源材料所”),在常州研究院率先開發出固態儲氫為氫源的燃料電池發電系統,成功應用于氫能助力車、氫能外賣車和氫能共享車,具有供氫系統壓力低、儲氫罐更換便捷、續航里程長、安全可靠等優勢,國內首先推出固態儲氫為氫源的氫能共享車示范工程項目,實現了市場機制下的商業運營模式。作為近室溫固態儲氫材料及其發電集成應用技術的國家隊和創新引領者,目前承擔國家和地方政府科技和示范工程項目25項,在固態儲氫材料、氫能發電系統和氫能兩輪車領域擁有系統的自主知識產權保護,已申請專利61項,其中發明專利34項。能源材料所圍繞固態儲氫技術,將以突破氫的儲運和儲用產業鏈核心材料和應用為目標,加速研發與成果轉化和產業化。致力于成為具有國際競爭力的固態儲氫為氫源的燃料電池發電系統及其應用技術的供應商。
江蘇集萃先進能源材料與應用技術研究所是由江蘇省產業技術研究院、江蘇集萃安泰創明先進能源材料研究院有限公司、地方政府共建,落戶在常州國家高新區,是常州市首批“新型研發機構”、“江蘇省先進能源材料科技公共服務平臺”、“江蘇省關鍵新材料軍民融合創新平臺”和“江蘇省潛在獨角獸企業”。
能源材料所擁有一支由多名留學歸國博士和資深專家構成的高端人才研發團隊和具有豐富市場和運營經驗的管理團隊,誠聘了14名院士和知名專家組成戰略咨詢委員會為公司決策提供咨詢指導,并與國內知名大學、研究機構建立了戰略合作伙伴關系。能源材料所獲得江蘇省“雙創團隊”、4 名博士獲得江蘇省“雙創人才”、3 名博士獲得江蘇省“333 高層次人才”、4 名博士獲批常州市“領軍型創新人才”、2名博士獲批常州市“龍城英才計劃”、8名科技和管理骨干被評為省產業技術研究院集萃研究員等。
圍繞“新能源材料技術與應用”,在節能材料、儲能材料和發電材料等領域,公司承擔著多項國家和省部級重點研發專項,取得了多項具有自主知識產權的科技成果,并成功應用于國家戰略性新興產業。
1. “綠色氫能”——人類解決能源困局的終極能源
在眾多清潔能源中,氫能資源豐富(約占宇宙總質量的75%)、熱值高(汽油的3倍)、能效高、使用無污染,被視為理想的清潔能源。氫的用途非常廣泛,廣泛應用于航空航天、交通運輸、工業制造和節能建筑等行業,正逐步成為全球能源轉型的重要載體。氫能技術或將引發繼“鉆木取火”、“蒸汽機”、“原子能”三次能源革命之后的第四次能源革命,成為人類解決能源困局的終極能源。發展氫能產業是我國實現“碳達峰”和“碳中和”目標的重要舉措之一。
氫能創新和產業鏈涉及制氫、氫氣儲運和應用三大環節,技術領域不同,但在產業鏈條上互相緊密關聯,其中氫氣的儲運承上啟下,是氫能發展鏈條中的關鍵環節。在目前“氣態、液態、固態”三大氫氣儲運技術中,固態儲氫具有高安全、高體積儲氫密度以及加氫站公輔設施投資低等優勢,關鍵零部件可實現國產化,是最具商業化發展前景的儲運方式,可強有力支撐氫燃料電池在實際生產和生活中大規模應用。
2.“能源材料所”——固態儲氫材料技術的國家隊和創新引領者
深耕固態儲氫材料技術數十年,能源材料所開發出稀土系AB5型儲氫合金及相關衍生合金,已實現工業化生產和商業化應用。開發出常溫AB2型儲氫合金,高容量多元多相儲氫合金新體系,室溫可逆儲氫容量可達到 1.8wt.%。突破了鑄態、納米晶和非晶A2B型Mg2NiH4基儲氫合金成分體系、平面流快速凝固制造技術和氫氣儲運/儲用的系統集成技術。2019年5月18日,能源材料所儲氫合金材料示范線投產儀式在常州濱江國際企業港隆重舉行,年產能500噸,是國內首條規模化生產AB5型、AB2型和鎂基儲氫合金的生產線。儲氫合金材料示范線的正式投產,是固態儲氫技術產業化的一個重要里程碑。
▲ 儲氫合金材料示范線投產儀式
作為國家隊和創新引領者,2019年~2022年期間,能源材料所承擔了國家和地方政府各類科技項目25項,其中國家重點研發計劃項目4項、國家自然科學基金4項、裝備預研項目2項、江蘇省先進能源材料科技公共服務平臺項目和常州市科技計劃項目等15項。美國能源部車載儲氫系統(DOE)的終極目標:在-40~85 °C溫度與5~12 bar氫壓條件下儲氫系統的儲氫質量密度達到7.5 wt.%、體積密度達到70 kg/m3。由圖2可知,Mg基儲氫合金等新型固態儲氫材料是滿足美國能源部儲氫系統終極目標的唯一存儲方式。
▲ 美國能源部終極目標和關鍵固態儲氫材料體積和質量儲氫密度
二、固態儲氫燃料電池集成應用技術的創始者和資源整合者
能源材料所開發了固態儲氫瓶系列產品和自動化生產技術,實現了儲氫瓶自動化灌裝、活化和封裝。突破了儲氫瓶氫熱耦合熱管理技術,開發了無熱源供給、壓力可控、寬溫區、超高純固態儲氫瓶,實現1標升固態儲氫瓶充氫壓力小于1MPa,有效放氫55g,氫氣純度高達99.999%,被科技日報贊譽為高純氫“固態油箱”。“固態儲氫瓶壓力僅相當于普通氣球,作為一種便攜產品,在便利店和超市可購買更換”,在氫能源圈引發極大關注。
2. 能源材料所——固態儲氫燃料電池集成應用技術的創始者
能源材料所在常州首創的固態儲氫為氫源的氫燃料電池氫能助力車、氫能外賣車和氫能共享車,實現系統集成模塊化、整車控制智能化,成為經濟社會綠色、低碳、環保、互聯網+微出行的理想選擇。2020年1月5日,氫能助力兩輪車實現1標升固態儲氫瓶有效放氫55g,續航80km;2020年5月18日,氫能外賣車和氫能共享車雙雙問世,固態儲氫瓶有效放氫110g,續航120km,標志著安全高能效固態儲氫發電系統商業化。2021年5月26日科技日報刊登安泰創明專題報道,氫氣變身“固態油箱”應用場景實現商業化。
3. 能源材料所——固態儲氫燃料電池集成應用技術的資源整合者
2022年,能源材料所固態儲氫燃料電池應用走出常州、走向全國。在佛山,與某知名氫能企業開展了固態儲氫瓶的戰略合作。在北京、上海、成都、濟南、青島等城市與政府和多家優勢企業簽訂了戰略合作協議。
結合深圳市在氫能產業鏈的整體布局及龍華區對“全域未來城市場景試驗”的規劃,能源材料所在龍華區開展氫電自行車商業化應用示范場景,率先打造氫電外賣車示范應用的城市。結合韶關市政府與安泰創明簽署的氫能戰略合作協議,在武江區全區域、生態景區進行氫能電動兩輪車示范運營,打造節能、環保的“雙碳”示范城市。2022年7月24日,百輛“氫哇出行”氫能兩輪車首次助力廣東省第十三屆中學生運動會;2022年8月4日,氫能兩輪車在廣東省第七屆少數民族運動會驚艷亮相。
2018~2022年,能源材料所在氫能方面申請發明、實用新型和外觀專利合計61項,其中發明專利34項。發明專利涵蓋儲氫材料專利13項,儲氫瓶專利8項,氫能助力車和氫電動車用發電系統應用專利13項,PCT 國際專利 3 項,覆蓋美國、韓國及歐盟地區。其中,授權專利“一種氫能助力自行車”發明專利號(ZL202011139237.X);“一種基于低壓固態儲氫為氫源的氫能自行車”發明專利號(ZL201910877956.2)等形成了系統的自主知識產權保護,為氫能產業生態鏈健康有序發展保駕護航。2021年“氫燃料電池兩輪車”榮獲常州市創新創業大賽一等獎,入圍第十屆中國創新創業大賽全國賽。2022年6月,中國產學研合作促進會發布了安泰創明參與起草的T/CAB 0151-2022《電動兩輪車用燃料電池動力系統技術要求》團體標準。
▲ 2018年~2022年氫能申請專利數量
能源材料所在國家“2030重大科技項目”、國家“十四五”重點專項的大力支持下,公司將以固態儲氫材料和技術為突破口,面向規模化“儲運”技術用安全高容量儲氫材料、面向全電氫電動車、叉車和輕型氫能源汽車“儲用”核心產業鏈配套固態儲氫材料為氫源發電系統,助推建設“碳達峰”和“碳中和”示范城市,成為氫能“儲運/儲用”創新引領者、資源整合者和價值創造者;面向氫能源產業發展重大需求,致力于成為具有國際競爭力固態儲氫為氫源的燃料電池發電系統供應商。
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