金属氢化物石墨烯复合储氢材料

9月10日，适逢教师节，西安交通大学教授成永红以西安一九零八新能源科技有限公司（下称：一九零八）创始人的身份，在新型储氢材料与氢动力电源产品发布会上郑重发布一系列成果：金属氢化物石墨烯复合储氢材料是可以握在手上的安全氢能源，其储氢密度是稀土储氢材料的8-10倍、高密度储氢材料的2-3倍，常温常压下储运具有高安全性；百瓦级氢电源重量低于3kg，轻巧便携，可作为野外工作、露营、科考等场景下的应急电源；千瓦级氢动力电源驱动观光车可以稳定输出电力，确保车辆平稳行驶……

发布会开完至今已近两个月，成永红每天都能收到氢能领域各类企业寻求合作的来电。“这场发布会对成立刚满两年的一九零八来说意义非凡。一方面说明，我们此前数年的研发方向是对的，符合国家的‘双碳’目标；另一方面也是提醒：只有继续苦练内功，才能乘风而上，在氢能储运新赛道中找到自己的最佳位置。”成永红说。

在“传承”与“突破”之间寻找新赛道

成永红生于1965年，安徽芜湖人，15岁考入西安交通大学，本硕博均在交大求学，专业分别是绝缘技术与电缆、电工材料与绝缘技术、电气工程。1985年8月到1994年4月，他先后在上海电缆研究所、西北电力试验研究所工作。1994年4月起，他在西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，从事电介质材料介电理论、电介质材料性能提高、电力设备绝缘检测与诊断技术等方面的研究工作。

基于多年来对传统电力设备与技术的深度了解，成永红敏锐地从电力行业的发展中体悟到未来能源发展的趋势。“在未来终端能源体系中，氢能有可能成为主导力量。世界能源领域面临转型，这一步我们必须得跟上。”成永红说，“如果我持续在电力行业研发，从个人角度讲，日子会轻松安稳，但那不是我的目标，我想在传承西迁前辈研究的基础上创新，寻求突破。”

2012年，成永红创立了西安交通大学新型储能与能量转换纳米材料研究中心（下称：研究中心），围绕未来储能与能量转换科学技术发展，从材料开始进行原始创新。

“为什么我要从绝缘专业转向新能源材料领域？因为能源革命一定是在材料上，电网只是能源体系的一部分，未来绿色能源并不都是稳定源，因此，储能技术在未来能源体系中将变得至关重要，而储能的关键在于材料。”成永红说。

研究中心成立后，迅速布局了两大研发主线，一个是围绕储电，包括锂离子电池、钠离子电池、锌离子电池、储能薄膜，以及固态电池、超级电容等装备；另一个是围绕氢能，从光催化制氢到氢的存储、质子交换膜燃料电池、高温燃料电池等。

完整的新能源材料研发课题布局需要多学科人才支撑。研发中心先后吸纳了材料、化学、物理、电气、传热、人工智能等多学科背景人才，他们中既有西安交大毕业的，也有来自耶鲁大学、牛津大学，麻省理工学院、马里兰大学、香港科技大学等著名学府的青年才俊。“大家聚集到一起是基于对能源领域发展变革的共同认识，能源体系的未来科技生长点肯定是在储能材料领域。”成永红非常肯定地说。

研究中心刚创设那几年，团队没有显著的成果产出，科研到款也很少。面对质疑，成永红依然坚定：“科技创新本身具有复杂性、不确定性，需要不断试错、反复探索，要给他们留时间。”

他经常和团队成员探讨科研的“终极目的”。他说：“科研不是发发论文、写写专利，也不是做重复性工作。科研必须‘有用’，项目和经费可以证明你的科研能力，但这不是终点。科研需要从基础研发上升到满足国家需求，以科技创新推动成果走向产业化应用，最终推动生产力的变革。这才能体现科研工作者的创新与突破。”

在2023年9月10日召开的产品发布会上，成永红几乎用一大半时间讲“传承”与“突破”。他说：“从盛宣怀、唐文治到彭康，从‘实业救国’到‘向西向远方’，交大的文脉始终是和国家同向同行，公司取名‘一九零八’是为了纪念1908年时，唐文治以‘求实学、务实业’的治学理念创办电机专科，是中国近代高等学校工程教育的开端。我们始终不能忘却来路，既要传承前辈们的精神，也要寻求突破与创新。”他的这种理念也体现在一九零八的LOGO上——LOGO整体采用齿轮造型，1908的“1”变形为一个箭头，突破齿轮直指更大的空间。

复合储氢材料破解氢气储运难题

研究中心的每位老师都有自己的研发方向，当一项工作需要多学科交叉合作完成时，大家互帮互助完成科研攻关。为进一步扩容团队发展潜力，成永红甚至极有远见地陆续招募了几位专门做计算的人才，他们的加入推动了团队更好地认识科学规律。经过几年的发展与磨合，研究中心科研团队已基本成型，如今有30多人，正逐步产出一些重要成果。

成永红说：“基于这些成果，团队目前围绕储能与能量转换领域已孵化出4家公司，一家主攻钠离子电池，一家做锂电材料，一家做光催化制氢，目前它们都处在发展初期，前景都还不错。西安一九零八新能源科技有限公司（以下简称“一九零八”）是其中之一，主攻氢能的高效储运和应用。”

一九零八的核心技术是什么？是张锦英教授原创的石墨烯界面纳米阀技术，它主要解决了固态储氢释氢过程中的诸多难点。具体来说，西安一九零八新能源科技的这种新型储氢材料具有三个“高”的优势：常温常压下储运，具有高安全性；材料储氢密度高，最高可达12.5wt.%；有效水解释氢密度高，最高可达25wt.%。

在研发前期，成永红认为，目前看来氢能发展的瓶颈不在制氢和用氢，而是在储运上。他说：“现在氢行业一年的产能规模约在4300万吨，其中真正生产出3300万吨，1000万吨被排放掉了，非常可惜，我国氢能分布不均，只有解决了氢能储运问题，氢能应用才能大规模走向社会。”

理论上，所有含有氢的化合物都是氢的载体，但他们的储氢密度、稳定性、释氢曲线各不相同。团队曾使用锂、钠、铝、钙等做储氢材料，并进行了一系列尝试，但这些金属氢化物非常活泼，存在易燃性，并不是适合长途储运的最优选。氨是氢能源的高效载体，但把氢分离出来并不容易……到底哪一种材料才是安全稳定、最适合产业化发展的呢？研发团队开展了多项尝试。

2017年，张锦英教授合成碳同素异形体T-碳，T-碳原子间空隙较大，非常有利于做储能材料。由此，张锦英又发明出石墨烯界面纳米阀技术，顾名思义，石墨烯就像一个个“阀门”一样，可以在微纳米层面上进行反应控制，使金属氢化物石墨烯复合固态储氢材料的释氢曲线变成线性，这样就可以实现储氢材料安全、可控、稳定释氢。

在实验室获得成功的技术，必须具备大规模批量化生产技术能力，才能实现产业化和商业化，走上产教融合之路。2021年，成永红下定决心，创办西安一九零八新能源科技有限公司，继续攻克各项难题。“西交一八九六创新服务有限公司在一九零八创设上帮了很大的忙，包括公司架构、知识产权转移、财务、法务等各个方面。”成永红说。

储氢材料循环中试线

公司成立后短短几个月，材料制备从日产克级，到日产公斤，到2023年7月，该公司两条日产百公斤级（年产30吨）钠钙基和铝钠基复合储氢材料循环中试线建成投产，目前公司已完成单套系统年产3000吨的工艺包设计，为后续大规模应用奠定了坚实基础。

两年来，伴随公司发展，成永红也完成了从“老师”到“公司创始人”的身份转变。“这两年是咬牙往前走，很难，但是值！我们的最终目标是推动整个氢能生态链的发展。从这个维度看，没有任何一项技术可以‘包打天下’，整个产业链上需要做的事情还很多，公司目前承载能力有限，我们仍然需要苦练内功。”

目前，一九零八正根据用户的具体用氢需求研发不同功率等级、高能量密度、长续航、高安全的各类固态氢动力电源，满足构建氢能社会的需求。一九零八致力于成为全球领先的高密度固态储氢材料的供应商、高性能固态氢能电源的制造商、高效能氢储运解决方案提供商。

值得一提的是，在寻找储氢材料的过程中，还有“意外之喜”——张锦英教授还在世界上首次合成了科学家预测存在的磷的同素异形体——紫磷晶体，剥离出紫磷烯。紫磷烯的刚度是石墨烯的4倍，具有交叉结构的紫磷烯二维材料是至今报道的所有二维结构中抗变形能力最强的。紫磷烯目前已被应用于医疗实验，用来做骨结构或肿瘤穿刺，它可以残留在人体中并逐渐被吸收代谢，无毒无害，可以解除患者很大痛苦，此外还有很奇特的光电特性等，发展前景非常广阔。

“我始终相信，交大人是要完成时代使命的，无论是哪个科研领域，我们这一代不能掉链子，要做到世界领先！”提到未来，这位1985年入党的党员目光灼灼。

文章转自：交大新闻网

原文链接：http://news.xjtu.edu.cn/info/1033/202907.htm