[01918197]高性能氢气纯化膜材料

高性能氢气分离膜材料属于卡脖子关键技术，在芯片生产用超纯氢气提纯、低成本绿氢制取 和发电以及提氦等领域有重要应用前景。2023 年该研究方向入选辽宁省成果推介重点项目，首批 入选大连市科技成果库，并属于所十四五规划主攻方向。

李慧研究员和团队长期从事该材料的制备和应用研究，经过 20 年的研究，解决多项制备和应 用难题，于 2022 年实现该材料的规模化应用，获得用户的积极评价。在突破膜材料稳定性的基础 上，目前处于快速示范和放大阶段。

我国芯片、LED 等生产中，纯化器 92% 被国外垄断，形成很高的行业壁垒，其中钯膜纯化器 可以解决氩气等难以脱除的难题，是一项卡脖子装备技术。我们团队开发的钯复合膜解决了稳定 性和成本等关键问题，实现全自动操作、一键启动，并根除断电、氢脆等隐患，为芯片、钻石生产等 提供超纯钯膜提纯器（7-9N）, 总订单 60 台，最长使用一年半，获得用户的积极评价。产品通过欧 盟 CE 认证，相关成果被央广网等权威媒体报道。获得辽宁省揭榜挂帅等项目支持。另外，钯膜材 料用于多晶硅循环氢气的纯化，可以阻挡 B、P 杂质在硅上的沉积，从而实现电子级多晶硅的生产 （前期示范拿到用户使用证明），目前正与相关企业对接。

氢气储运是影响氢能大规模应用的关键瓶颈。将钯膜纯化与甲醇重整、氨分解结合，可以实现 氢气的现产现用，解决氢气的储运、安全和成本的关键问题。交通运输部等四部门和发改委都出台 文件支持甲醇和氨在船舶、分布式发电中的应用。李灿院士正在推进的液态阳光加氢站采用我们 团队开发的钯膜提纯技术，可以实现制氢装置的超小型化（是传统甲醇制氢和变压吸附装置的 5% 以下），并解决 CO 超标和动态响应等问题，相关成果入选 2022 冬奥会示范项目。

目前工业上氨分解制氢的温度高达 820℃, 而且氢氮本质上未分离。我们团队开发低温氨分 解制氢膜反应器，实现 400℃下接近完全转化（美 / 荷兰 / 韩国报道温度为 450℃) , 而且氢气中残 氨浓度达到燃料电池用氢气的国标要求，具备小型移动制氢应用前景。紧凑低温氨分解膜反应器 制氢技术，在分布式制氢等领域有广泛的应用前景。

天然气提氦是我国的十大工程技术难题之一。BOG 闪蒸汽以及天然气下游合成氨尾气中含 有大量的氢气和氦气，传统的变压吸附技术无法将氢气和氦气分开，钯膜刚好可以解决这一难题。 我们的钯复合膜方案通过专家论证和前期试验验证。

材料研究：原创钯复合膜制备以及缺陷修复等多项关键技术，解决其制备和应用难题。国际

上钯复合膜以陶瓷载体为主，存在机械强度、密封以及由于陶瓷和钯膨胀系数不一致导致稳定性 差等难题，我们团队率先开发不锈钢负载钯复合膜，解决上述难题，开发独有的孔道修饰技术，实 现不锈钢载体上超薄、高选择性钯复合膜的制备，并首次建成规模生产线。透氢性能达到美国能源 部 DOE2015 指标要求，可以将 75% 的氢气提纯到 99.9998%，在国际上处于第一梯队。提高钯膜 的稳定性和使用寿命。实现 19000h 的长期稳定运行（国际同类材料报道只有 4000h），以及 350 次以上的快速升降温循环，满足燃料电池快速启动的要求。400℃下耐压能力达到 80 bar。

研究目标：

（1）金属钯膜可以为芯片、LED、光刻机等生产提供 10 N 以上的超纯氢气，目前几乎完全依赖 进口，属于我国的一项卡脖子技术，希望实现对进口产品的超越和规模化替代。

（2）绿氢制取和发电。希望实现对关键纯化技术的自主可控，以及车船和移动电源等方面的规 模应用，分布式制氢解决燃料电池 / 内燃机的储氢瓶颈问题。

（3）氦气提取等。希望原创开发提氦工艺并实现规模化应用。