金屬氫化物石墨烯複合儲氫材料

　　9月10日，適逢教師節，西安交通大學教授成永紅以西安一九零八新能源科技有限公司(下稱：一九零八)創始人的身份，在新型儲氫材料與氫動力電源產品發布會上鄭重發布一係列成果：金屬氫化物石墨烯複合儲氫材料是可以握在手上的安全氫能源，其儲氫密度是稀土儲氫材料的8-10倍、高密度儲氫材料的2-3倍，常溫常壓下儲運具有高安全性;百瓦級氫電源重量低於3kg，輕巧便攜，可作為野外工作、露營、科考等場景下的應急電源;千瓦級氫動力電源驅動觀光車可以穩定輸出電力，確保車輛平穩行駛……

　　發布會開完至今已近兩個月，成永紅每天都能收到氫能領域各類企業尋求合作的來電。“這場發布會對成立剛滿兩年的一九零八來說意義非凡。一方麵說明，我們此前數年的研發方向是對的，符合國家的‘雙碳’目標;另一方麵也是提醒：隻有繼續苦練內功，才能乘風而上，在氫能儲運新賽道中找到自己的最佳位置。”成永紅說。

在“傳承”與“突破”之間尋找新賽道

　　成永紅生於1965年，安徽蕪湖人，15歲考入西安交通大學，本碩博均在交大求學，專業分別是絕緣技術與電纜、電工材料與絕緣技術、電氣工程。1985年8月到1994年4月，他先後在上海電纜研究所、西北電力試驗研究所工作。1994年4月起，他在西安交通大學電力設備電氣絕緣國家重點實驗室，從事電介質材料介電理論、電介質材料性能提高、電力設備絕緣檢測與診斷技術等方麵的研究工作。

　　基於多年來對傳統電力設備與技術的深度了解，成永紅敏銳地從電力行業的發展中體悟到未來能源發展的趨勢。“在未來終端能源體係中，氫能有可能成為主導力量。世界能源領域麵臨轉型，這一步我們必須得跟上。”成永紅說，“如果我持續在電力行業研發，從個人角度講，日子會輕鬆安穩，但那不是我的目標，我想在傳承西遷前輩研究的基礎上創新，尋求突破。”

　　2012年，成永紅創立了西安交通大學新型儲能與能量轉換納米材料研究中心(下稱：研究中心)，圍繞未來儲能與能量轉換科學技術發展，從材料開始進行原始創新。

　　“為什麼我要從絕緣專業轉向新能源材料領域?因為能源革命一定是在材料上，電網隻是能源體係的一部分，未來綠色能源並不都是穩定源，因此，儲能技術在未來能源體係中將變得至關重要，而儲能的關鍵在於材料。”成永紅說。

　　研究中心成立後，迅速布局了兩大研發主線，一個是圍繞儲電，包括鋰離子電池、鈉離子電池、鋅離子電池、儲能薄膜，以及固態電池、超級電容等裝備;另一個是圍繞氫能，從光催化製氫到氫的存儲、質子交換膜燃料電池、高溫燃料電池等。

　　完整的新能源材料研發課題布局需要多學科人才支撐。研發中心先後吸納了材料、化學、物理、電氣、傳熱、人工智能等多學科背景人才，他們中既有西安交大畢業的，也有來自耶魯大學、牛津大學，麻省理工學院、馬裏蘭大學、香港科技大學等著名學府的青年才俊。“大家聚集到一起是基於對能源領域發展變革的共同認識，能源體係的未來科技生長點肯定是在儲能材料領域。”成永紅非常肯定地說。

　　研究中心剛創設那幾年，團隊沒有顯著的成果產出，科研到款也很少。麵對質疑，成永紅依然堅定：“科技創新本身具有複雜性、不確定性，需要不斷試錯、反複探索，要給他們留時間。”

　　他經常和團隊成員探討科研的“終極目的”。他說：“科研不是發發論文、寫寫專利，也不是做重複性工作。科研必須‘有用’，項目和經費可以證明你的科研能力，但這不是終點。科研需要從基礎研發上升到滿足國家需求，以科技創新推動成果走向產業化應用，最終推動生產力的變革。這才能體現科研工作者的創新與突破。”

　　在2023年9月10日召開的產品發布會上，成永紅幾乎用一大半時間講“傳承”與“突破”。他說：“從盛宣懷、唐文治到彭康，從‘實業救國’到‘向西向遠方’，交大的文脈始終是和國家同向同行，公司取名‘一九零八’是為了紀念1908年時，唐文治以‘求實學、務實業’的治學理念創辦電機專科，是中國近代高等學校工程教育的開端。我們始終不能忘卻來路，既要傳承前輩們的精神，也要尋求突破與創新。”他的這種理念也體現在一九零八的LOGO上——LOGO整體采用齒輪造型，1908的“1”變形為一個箭頭，突破齒輪直指更大的空間。

　複合儲氫材料破解氫氣儲運難題

　　研究中心的每位老師都有自己的研發方向，當一項工作需要多學科交叉合作完成時，大家互幫互助完成科研攻關。為進一步擴容團隊發展潛力，成永紅甚至極有遠見地陸續招募了幾位專門做計算的人才，他們的加入推動了團隊更好地認識科學規律。經過幾年的發展與磨合，研究中心科研團隊已基本成型，如今有30多人，正逐步產出一些重要成果。

　　成永紅說：“基於這些成果，團隊目前圍繞儲能與能量轉換領域已孵化出4家公司，一家主攻鈉離子電池，一家做鋰電材料，一家做光催化製氫，目前它們都處在發展初期，前景都還不錯。西安一九零八新能源科技有限公司(以下簡稱“一九零八”)是其中之一，主攻氫能的高效儲運和應用。”

　　一九零八的核心技術是什麼?是張錦英教授原創的石墨烯界麵納米閥技術，它主要解決了固態儲氫釋氫過程中的諸多難點。具體來說，西安一九零八新能源科技的這種新型儲氫材料具有三個“高”的優勢：常溫常壓下儲運，具有高安全性;材料儲氫密度高，最高可達12.5wt.%;有效水解釋氫密度高，最高可達25wt.%。

　　在研發前期，成永紅認為，目前看來氫能發展的瓶頸不在製氫和用氫，而是在儲運上。他說：“現在氫行業一年的產能規模約在4300萬噸，其中真正生產出3300萬噸，1000萬噸被排放掉了，非常可惜，我國氫能分布不均，隻有解決了氫能儲運問題，氫能應用才能大規模走向社會。”

　　理論上，所有含有氫的化合物都是氫的載體，但他們的儲氫密度、穩定性、釋氫曲線各不相同。團隊曾使用鋰、鈉、鋁、鈣等做儲氫材料，並進行了一係列嚐試，但這些金屬氫化物非常活潑，存在易燃性，並不是適合長途儲運的最優選。氨是氫能源的高效載體，但把氫分離出來並不容易……到底哪一種材料才是安全穩定、最適合產業化發展的呢?研發團隊開展了多項嚐試。

　　2017年，張錦英教授合成碳同素異形體T-碳，T-碳原子間空隙較大，非常有利於做儲能材料。由此，張錦英又發明出石墨烯界麵納米閥技術，顧名思義，石墨烯就像一個個“閥門”一樣，可以在微納米層麵上進行反應控製，使金屬氫化物石墨烯複合固態儲氫材料的釋氫曲線變成線性，這樣就可以實現儲氫材料安全、可控、穩定釋氫。

　　在實驗室獲得成功的技術，必須具備大規模批量化生產技術能力，才能實現產業化和商業化，走上產教融合之路。2021年，成永紅下定決心，創辦西安一九零八新能源科技有限公司，繼續攻克各項難題。“西交一八九六創新服務有限公司在一九零八創設上幫了很大的忙，包括公司架構、知識產權轉移、財務、法務等各個方麵。”成永紅說。

儲氫材料循環中試線

　　公司成立後短短幾個月，材料製備從日產克級，到日產公斤，到2023年7月，該公司兩條日產百公斤級(年產30噸)鈉鈣基和鋁鈉基複合儲氫材料循環中試線建成投產，目前公司已完成單套係統年產3000噸的工藝包設計，為後續大規模應用奠定了堅實基礎。

　　兩年來，伴隨公司發展，成永紅也完成了從“老師”到“公司創始人”的身份轉變。“這兩年是咬牙往前走，很難，但是值!我們的最終目標是推動整個氫能生態鏈的發展。從這個維度看，沒有任何一項技術可以‘包打天下’，整個產業鏈上需要做的事情還很多，公司目前承載能力有限，我們仍然需要苦練內功。”

　　目前，一九零八正根據用戶的具體用氫需求研發不同功率等級、高能量密度、長續航、高安全的各類固態氫動力電源，滿足構建氫能社會的需求。一九零八致力於成為全球領先的高密度固態儲氫材料的供應商、高性能固態氫能電源的製造商、高效能氫儲運解決方案提供商。

　　值得一提的是，在尋找儲氫材料的過程中，還有“意外之喜”——張錦英教授還在世界上首次合成了科學家預測存在的磷的同素異形體——紫磷晶體，剝離出紫磷烯。紫磷烯的剛度是石墨烯的4倍，具有交叉結構的紫磷烯二維材料是至今報道的所有二維結構中抗變形能力最強的。紫磷烯目前已被應用於醫療實驗，用來做骨結構或腫瘤穿刺，它可以殘留在人體中並逐漸被吸收代謝，無毒無害，可以解除患者很大痛苦，此外還有很奇特的光電特性等，發展前景非常廣闊。