包头稀土研究院：加强技术的国际合作 寻找稀土应用新方向

近日,包头稀土研究院建成年产300吨储氢合金材料的工业性试验生产线,分别利用200Kg中频感应炉采用浇铸工艺、300 Kg中频感应炉采用快淬工艺研制合金产品。

此生产线是“稀土系Y2FeSb2储氢合金的制备及性能的合作研究”项目的阶段性成果,该项目为包头稀土研究院与俄罗斯罗蒙诺索夫莫斯科国立大学化学系合作项目。

国际科技合作是我国科技活动的重要组成部分,也是吸收科学技术,找寻稀土产业高端化必经之路,因为很多稀土的科技应用技术掌握在外国手中。

包头稀土研究院稀土材料国际科技合作基地作为2009年科技部批复的第四批“国际科技合作基地”,多年来不断加强国际合作,与瑞典、法国、德国、俄罗斯、斯洛文尼亚、日本、印度等国在储氢、磁性材料、磁致伸缩、磁制冷、稀土选矿等领域开展了多项国际合作项目,同时通过双方交流以及举办国际研讨会等,极大地提升了稀土材料研究及应用领域的国际影响力。

加强基础科学研究国际合作 为稀土产业定向

发展高效、零排放的氢能技术是21世纪包括中国在内的全球重大战略需求,目前规模化应用的稀土储氢合金是发展氢能技术的重要材料。

“经过储氢合金材料的工业性生产线试验,300Kg/炉中频感应炉生产的合金性能达到实验样品指标,电化学容量超过370 mAh·g-1,试制的AA型电池表现出优异的充/放电循环稳定性。”包头稀土研究院技术专家、正高级工程师闫慧忠说道。

据闫慧忠介绍,La-Y-Ni合金材料的应用研发工作虽取得了一些进展,但对材料的结构以及结构与性能的关系还未系统和深入的研究,成为制约成果转化的技术瓶颈和核心科学问题。

基础研究是应用研究的重要理论支撑。通过开展基础研究工作,构建含H的La-Y-Ni体系热力学相图数据库,实验分析具有优异储氢性能的La-Y-Ni合金吸放氢动力学机理,为La-Y-Ni型储氢合金的实用研究提供理论基础;研究La-Y-Ni储氢合金的主要组成元素、制备技术和工艺条件对形成合金相结构的影响规律、合金的组织结构及其对材料性能的影响规律、合金材料容量衰减机理,通过组成设计和合成技术可控制备目标合金,为高效开发La-Y-Ni系储氢合金材料产品提供科学基础和理论指导。

基于基础研究得出的结果,新型高容量La-Y-Ni系储氢材料,实际放电容量达到390 mAh/g以上,超过了传统LaNi5型储氢合金的理论容量,解决了高容量La-Mg-Ni系储氢合金难以制备的问题,综合性能满足市场需求,突破了国外的专利限制。

此外,与瑞典斯德哥尔摩大学阿伦尼乌斯实验室结构化学系合作“金属氢化物-空气电池的合作研发”项目,项目吸收了镍氢电池及氢氧燃料电池两种电池的特点和优点,最接近美国先进电池联合会(USABC)制定的相关指标,具有高比能量密度(100-220Wh·kg-1)、成本低、安全性好、对环境无污染、有较长使用寿命等优点,有望成为未来电动车及各类移动通讯设备的主要能源。

稀土材料国际科技合作基地批复建设至今,共计承担科技部政府间国际合作项目15项,在稀土湿法冶金及环境保护工程化研究、稀土火法冶金及环境保护工程化研究、稀土功能材料、稀土轻质合金、稀土在农业中的应用研究、稀土分析检测技术等多个领域提供了技术和理论依据。

加强科技成果对话交流 助稀土产业成果国有化

欧洲在磁制冷商业化应用的研究方面处于世界领先水平,为了了解欧洲磁制冷研究近况,深入沟通相关领域的合作。

通过多年的努力,包头稀土研究院稀土材料国际科技合作基地成功搭建了国际交流合作的平台。在2010年和2017年组织召开了室温磁制冷技术相关的研讨会,近百位来自荷兰、日本、法国、英国等研究院所、制冷企业及高校的学者及工程师参与了研讨。

“通过开展国际科技合作,利用了欧盟、日本等发达国家在稀土材料领域的先进基础研究优势、先进试验装备来进一步加深研究深度,提高自身研发技术水平。”,包头稀土研究院稀土材料国际科技合作基地工作人员王彦说。

在包头市稀土研究院,课题负责人黄焦宏设计研制的复合式室温磁制机(冷藏柜)最大制冷温差达到23℃,达到国际先进水平。“我们的磁制冷产品用磁性材料和水做媒介,比现有的气体制冷要节能30%到50%。”黄焦宏说,目前磁制冷项目组共有12名科研人员,其中博士2名,硕士7名,已获得制冷机专利授权6项。

目前,复合式室温磁制冷机已实现一体化,可以搭载大于100L的制冷空间,最大制冷温差26℃,冷端最低温度可达-6.5℃,磁制冷机制冷功率的计算值为1000W,该成果已达到国际先进水平。

磁制冷技术利用磁热效应制冷,制冷过程中不需要气体压缩、膨胀,噪音极大降低,打破了目前市场常见冰箱的制冷原理。尤其在节能方面,磁制冷的效率也要高于传统压缩制冷技术,这意味着相同制冷效果下,磁制冷所需电量消耗更少。

通过对话交流,包头稀土研究院还在稀土湿法冶金及环境保护工程化研究、稀土火法冶金及环境保护工程化研究、稀土功能材料、稀土轻质合金、稀土在农业中的应用研究、稀土分析检测技术等多个领域取得一定成果,拥有了包括真空热处理炉、高真空烧结炉、真空感应熔炼炉、高真空多功能电弧熔炼炉等材料制备装备;震动样品磁强计、扫描电镜、差热分析仪、纳米粒度仪、氧氮分析仪、等离子体发射光谱仪等关键分析检测设备,提高了科技成果的转化效率。