在东北，一锅铁锅炖能烩尽山河百味；在实验室，科学家用“化学铁锅”也能炖出一道“硬科技”。中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）氢化物能源化学研究中心团队就采用“一锅法”的新工艺技术，制备出了镁基固态储氢材料，为氢能安上了“固态心脏”。

近期，这项诞生于东北的创新技术，在陕西榆林完成从实验室到产业化的关键跨越。以榆林中科洁净能源创新研究院（以下简称榆林创新院）为建设依托方，大连化物所为技术提供方，大连富德金煜新能源有限公司为投资方，三方共建的150吨/年固态储氢材料氢化镁中试项目一次性投料试车成功，并产出合格的氢化镁产品，这也是目前中国第一条拥有自主知识产权的百吨级以上氢化镁生产线。

这场从烧杯到反应塔的“破茧成蝶”，背后是一个基础研究团队多年光阴的沉淀。氢化物能源化学研究中心由陈萍研究员领衔，一直以来深耕于金属氢化物研究，开创了金属氮氢、金属硼氮氢及金属碳氮氢等多类储氢材料体系，引领了国际复合氢化物储氢研究的前沿热潮，研究成果亦被写进牛津大学编写的《无机化学》书中。

历经二十多年，这群习惯了与试剂瓶对话的科学家，终于把论文里的分子式烙在了大地上。

150吨/年固态储氢材料氢化镁中试项目。大连化物所供图

让氢化镁“一锅出炉”

时光倒拨至2002年。实验室的通风橱里，陈萍正凝视着反应釜中银白与深灰交织的粉末——这是她与固态储氢材料故事的起点。

彼时的科研蓝图清晰如刻，她想将储氢材料运用在车载技术上，希望有一天能够和汽油、柴油等“分庭抗礼”并开始研究轻金属锂、镁等与氮气、氢气的反应，开创了金属氮氢储氢材料新体系。其中，氢化镁就是金属氮氢LiMgNH储氢材料的重要组成成分。LiMgNH极具车载应用前景，迅速成为固态储氢材料的重要分支，引起了美国能源部和部分车企的关注。为了车载梦想，她带领团队持续对该类材料进行深入研究和优化。

到2018年，随着国内氢能行业热度的崛起，固态储氢材料获得了极大关注，前来团队交流的企业不断增加，应用场景和需求也不断拓宽。团队也从德国引进了一直想从事固态储氢应用研究的曹湖军博士。

“这时候我们想，能不能把LiMgNH储氢应用出口和原料组成进行调变，关注化工场景，去掉金属锂，只做另一个组分——氢化镁呢？这样反应体系反而更加简单了，并且中国的镁资源也十分丰富。”陈萍回忆道。而这个看似“减法”的决策，却意外开启了团队在镁基固态储氢材料研究的新起点。

氢化镁是金属镁与氢气键合的固态化合物，如同将气体冻成“冰块”，其高储氢容量、易于控制的反应特性以及独特的化学性质，使得氢化镁成为镁基固态储氢材料、锂电的负极材料和重要的还原剂，在储能、航空航天、电池制造、金属材料制备、农业、食品工业等多个领域展现出广泛的应用潜力。

“通常氢化镁储氢时，除了氢化镁外，还需要添加一些催化剂使其在更温和的条件下进行反应。我们团队致力于金属氢化物能源化学研究，在氢化物催化方面也积累了丰富的经验，研发了性能优异的氢化镁储氢用的独有催化剂。”陈萍介绍道。

传统的制备方法如同炒菜，通常分为“两步走”，先将镁在高温高压下加工成氢化镁，再取出添加催化剂“调料”。这种“先煮肉后加盐”的操作不仅耗时费力，还可能因分步处理导致材料混合不均。

“并且，镁通常来说质地柔软、易氧化，固体间反应较为困难，特别是镁的表面容易形成氧化层，这将阻碍其与氢气发生反应，导致反应效率低下，影响了储氢性能。”陈萍说，“所以我们就想，能不能把镁完全暴露在表面，同时加入我们的专有催化剂，使镁和氢气立马产生反应，像东北铁锅炖一样‘一锅出’。”

有了这个想法，她们立马着手开始做“锅”，定制了一款高速球磨机，在氢气和催化剂的环境下，通过高速的机械动能撞开镁表面的氧化层，使新鲜的镁表面暴露出来，并且立刻与氢气和催化剂形成“分子保鲜膜”，抢在氧气接触前锁住活性表面，最终通过“一锅法”得到了合格的氢化镁储氢材料。

“这就如同之前制作芝麻团子时若先搓好面团再撒芝麻，芝麻只能沾在表面，而我们现在和面时就将芝麻揉进面团，每一口都能尝到香气。”曹湖军比喻道。

从基础到应用的“转型”

在技术实验室阶段取得成功后，团队有了一个大胆的想法，他们认为“一锅法”技术具备规模化放大的潜力，不仅能批量生产出社会需要的氢化镁产品，还能为后续推动LiMgNH的应用奠定基础，同时响应国家的能源发展战略，因此希望尝试推进其工业化应用。

然而，在许多团队顺理成章的事情在陈萍和曹湖军眼里却有些犯了难。

“我们一直以来都是一个基础研究团队，从来没做过应用转化，但是我们心里很清楚，固态储氢产品应用范围很广，这个课题肯定是属于基础应用的一部分，当时就有一个梦想，希望看见我们的技术真正应用在大家日常生活中。”曹湖军说。

但是，团队多年来深耕于基础研究领域，在实验室阶段比较“理想主义”，她们要求各个指标参数都必须做到最好，深谙氢化镁的每一个实验流程，却对“生产成本”“设备选型”等工业参数近乎陌生。而现在她们需要产出的，是能够产生经济效益、合格的工业产品，而不是完美无瑕的“工艺品”。

转机出现在2021年，在一次中国科学院青年创新促进会的活动中，曹湖军来到了榆林创新院，了解到榆林这片土地蕴藏着丰富的可再生资源，且盛产镁，有“世界镁都”之称；此外，榆林创新院作为科研成果转化的创新高地，不仅能够提供充足的场地支持，还提供一定的资金保障，这与曹湖军的需求不谋而合。在申请项目过程中，他与榆林创新研究院积极寻找合作企业，并认识了大连富德金煜新能源有限公司的吕志辉总裁。

吕志辉同样在大连化物所学习和工作过，且在科研成果转化领域深耕多年，曾完成了甲醇制烯烃等大型工业化项目。一听说陈萍和曹湖军团队在做储氢材料，他表示出了浓厚的兴趣，还来到了大连化物所的实验室实地交流，了解到氢化镁目前已经通过了实验室小试阶段，他当即表示可以合作。

面对从未涉足的工业化领域，团队成员心中难免忐忑。吕志辉立马在工业化方面给予了很多建议，并说道：“你们尽管放手去做吧，我们一路走来，历经过工业化的种种磨砺，相关的困难你们不用担心，有我们呢！”短短几句话给还在犹豫不决的团队坚定了信心。

随后，团队将技术授权给大连富德金煜新能源有限公司，并与榆林创新研究院签署了合作合同，三方达成了一致的目标，向着氢化镁工业化生产目标前进。

信任架起合作的“桥梁”

在合作过程中，挑战却接踵而至。原本在实验室阶段表现卓越的高压高速旋转设备，在工厂阶段却显得难以胜任了，此前的机械力度无法“搅动出”放大十倍、百倍后的原材料，进一步加大扭矩又可能导致反应器接口高压泄露，持续升高温度又会导致镁粉板结。

与此同时，储氢领域的资深专家熊智涛博士加入团队，为研究注入了新的活力。最终团队从化工领域的深厚积累中汲取灵感，利用气体流动带动粉末传输，并通过优化搅拌频率，成功将实验室技术适配于大型设备，实现了从实验室研究到工业化生产的关键跨越。

不久之后，一座现代化的氢化镁合成产线拔地而起。

冬天零下十五度的榆林，曹湖军站在高达五层的工业装置之上，感受到刺骨的寒风呼啸而过，内心却涌动着一股暖流。从实验室到工厂的跨越，于他和陈萍而言，已不仅仅是一句空洞的口号，而是团队共同走过的漫长的见证。在他们心中，坚持不懈的信念才是推动科研成果成功转化的核心要素。

“如果我们不相信工业化能够成功，那么我可以找到无数理由来否定技术的市场化前景——安全问题、工艺放大……每一步都充满了挑战。但我们的催化剂和我们制取氢化镁的技术都是原创的，我们坚信它们能够走进工厂的大门，最终的结果也印证了我们的判断。”

在与企业的深入交流中，曹湖军也逐渐学会了倾听并理解他人的需求。他坦言道：“作为一个专注于基础研究的团队，我们的‘母语’是化学语言，而工程师们则精通机械语言和设计语言。比如，我提供的是化学反应的边界条件，而他们提供的是设备工艺的参数设置，在这中间是有差异的。因此，我们不仅要成为自己领域的专家，更要学会成为彼此的‘翻译’，找到一个沟通的平衡点。幸运的是，我们拥有像吕总这样具备丰富工业化经验的领头人，他认可我们的科研技术，还能在关键时刻拍板决策，正是有了这样共同的目标，我们才有可能走向成功。”

“科研人员、设计人员、施工人员、管理人员与企业家齐心协力，全力以赴，相互尊敬、支持和欣赏，也是此次中试项目取得成功的关键。”曹湖军补充到。

团队在项目现场。大连化物所供图

目前，150吨/年固态储氢材料氢化镁中试项目顺利开车，整条中试生产线现场无人值守、自动化运行，实现了氢化镁的高效化、连续化、数字化生产。该生产线制备出的氢化镁材料，纯度高达90%~99%，循环次数可达千次以上，是传统高压气态储氢密度的4倍，能够提供高安全、高效率、低成本的氢能储运解决方案。

展望未来，团队满怀信心地表示，他们将继续研发性能更优异的储氢材料及其催化剂，同时参与建设产能更为卓越的氢化镁装置，实现生产的全面自动化，为大规模储氢材料的应用提供更为坚实的支撑。