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包頭稀土研究院:加強技術國際合作 尋找稀土應用新方向

2020-06-16 10:03:54

  近日,包頭稀土研究院建成年產300噸儲氫合金材料的工業性試驗生產線,分別利用200kg中頻感應爐采用澆鑄工藝、300kg中頻感應爐采用快淬工藝研制合金產品。

  此生產線是“稀土系Y2FeSb2儲氫合金的制備及性能的合作研究”項目的階段性成果,該項目為包頭稀土研究院與俄羅斯羅蒙諾索夫莫斯科國立大學化學系合作項目。

  國際科技合作是我國科技活動的重要組成部分,也是吸收科學技術,找尋稀土產業高端化的必經之路,因為很多稀土科技應用技術都被外國所掌握。

  包頭稀土研究院稀土材料國際科技合作基地作為2009年科技部批復的第四批“國際科技合作基地”,多年來,不斷加強國際合作,與瑞典、法國、德國、俄羅斯、斯洛文尼亞、日本、印度等國在儲氫、磁性材料、磁致伸縮、磁制冷、稀土選礦等領域開展了多項國際合作項目。同時,通過雙方交流以及舉辦國際研討會等,極大地提升了稀土材料研究及應用領域的國際影響力。

  加強基礎科學研究國際合作

  為稀土產業定向

  發展高效、零排放的氫能技術是21世紀,包括中國在內的全球重大戰略需求。目前,規?;τ玫南⊥鏈⑶夂轄鶚欠⒄骨餑薌際醯鬧匾牧?。

  “經過儲氫合金材料的工業性生產線試驗,300kg/爐中頻感應爐生產的合金性能達到實驗樣品指標,電化學容量超過370mAh·g-1,試制的AA型電池表現出優異的充/放電循環穩定性?!卑廢⊥裂芯吭杭際踝?、正高級工程師閆慧忠說道。

  據閆慧忠介紹,La-Y-Ni合金材料的應用研發工作雖取得了一些進展,但對材料的結構以及結構與性能的關系還未進行系統和深入的研究,成為了制約成果轉化的技術瓶頸和核心科學問題。

  基礎研究是應用研究的重要理論支撐。通過開展基礎研究工作,構建含H的La-Y-Ni體系熱力學相圖數據庫,實驗分析具有優異儲氫性能的La-Y-Ni合金吸放氫動力學機理,為La-Y-Ni型儲氫合金的實用研究提供理論基??;研究La-Y-Ni儲氫合金的主要組成元素、制備技術和工藝條件對形成合金相結構的影響規律、合金的組織結構及其對材料性能的影響規律、合金材料容量衰減機理,通過組成設計和合成技術可控制備目標合金,為高效開發La-Y-Ni系儲氫合金材料產品提供科學基礎和理論指導。

  基于基礎研究得出的結果,新型高容量La-Y-Ni系儲氫材料,實際放電容量達到390mAh/g以上,超過了傳統LaNi5型儲氫合金的理論容量,解決了高容量La-Mg-Ni系儲氫合金難以制備的問題,綜合性能滿足市場需求,突破了國外的專利限制。

  此外,還與瑞典斯德哥爾摩大學阿倫尼烏斯實驗室結構化學系合作“金屬氫化物-空氣電池的合作研發”項目。項目吸收了鎳氫電池及氫氧燃料電池兩種電池的特點和優點,最接近美國先進電池聯合會(USABC)制定的相關指標,具有高比能量密度(100~220Wh·kg-1)、成本低、安全性好、對環境無污染、有較長使用壽命等優點,有望成為未來電動車及各類移動通訊設備的主要能源。

  稀土材料國際科技合作基地批復建設至今,共計承??萍疾空涔屎獻饗钅?5項,在稀土濕法冶金及環境?;すこ袒芯?、稀土火法冶金及環境?;すこ袒芯?、稀土功能材料、稀土輕質合金、稀土在農業中的應用研究、稀土分析檢測技術等多個領域提供了技術和理論依據。

  加強科技成果對話交流

  助稀土產業成果國有化

  歐洲在磁制冷商業化應用的研究方面處于世界領先水平,為了了解歐洲磁制冷研究近況,深入溝通相關領域的合作。通過多年的努力,包頭稀土研究院稀土材料國際科技合作基地成功搭建了國際交流合作的平臺。在2010年和2017年,組織召開了室溫磁制冷技術相關的研討會,近百位來自荷蘭、日本、法國、英國等研究院所、制冷企業及高校的學者及工程師參與了研討。

  “通過開展國際科技合作,利用了歐盟、日本等發達國家在稀土材料領域的先進基礎研究優勢、先進試驗裝備來進一步加深研究深度,提高自身研發技術水平?!卑廢⊥裂芯吭合⊥斂牧瞎士萍己獻骰毓ぷ魅嗽蓖躚逅?。

  在包頭市稀土研究院,課題負責人黃焦宏設計研制的復合式室溫磁制機(冷藏柜)最大制冷溫差達到23℃,已達到國際先進水平?!拔頤塹拇胖評洳酚么判圓牧蝦退雒澆?,比現有的氣體制冷要節能30%到50%?!被平購晁?,磁制冷項目組共有12名科研人員。其中,博士2名,碩士7名,已獲得制冷機專利授權6項。

  目前,復合式室溫磁制冷機已實現一體化,可以搭載大于100L的制冷空間,最大制冷溫差26℃,冷端最低溫度可達-6.5℃,磁制冷機制冷功率的計算值為1000W,該成果已達到國際先進水平。

  磁制冷技術利用磁熱效應制冷,制冷過程中不需要氣體壓縮、膨脹,噪音極大降低,打破了目前市場常見冰箱的制冷原理。尤其在節能方面,磁制冷的效率也要高于傳統壓縮制冷技術,這意味著相同制冷效果下,磁制冷所需電量消耗更少。

  此外,包頭稀土研究院還在稀土濕法冶金及環境?;すこ袒芯?、稀土火法冶金及環境?;すこ袒芯?、稀土功能材料、稀土輕質合金、稀土在農業中的應用研究、稀土分析檢測技術等多個領域取得了一定成果。擁有包括真空熱處理爐、高真空燒結爐、真空感應熔煉爐、高真空多功能電弧熔煉爐等材料制備裝備;震動樣品磁強計、掃描電鏡、差熱分析儀、納米粒度儀、氧氮分析儀、等離子體發射光譜儀等關鍵分析檢測設備,提高了科技成果的轉化效率。


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