什么是关键材料？关键材料是美国政府认定对能源技术、经济和国家安全以及关键产品制造至关重要的物质。这种重要性意味着美国需要确保这些材料的供应。提供关键材料的供应链可能会因需求突然增加、自然灾害影响供应以及外国政府限制出口等事件而中断。美国能源部（DOE）已经确定了 18 种对未来能源行业至关重要的关键能源材料。
镓，美国政府认定的关键材料之一，因为它在许多重要技术中都有应用。图片来源：Maxim Bilovitskiy, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons.
许多关键材料具有独特的性能，因此对先进技术非常重要。例如，有些材料可用于制造非常坚固、紧凑的磁铁，有些材料可加速化学反应，还有一些材料可有效地将电能转化为光能。能源部确定的所有关键材料都是天然元素，没有一种是在实验室中创造出来的。几乎所有这些元素都来自恒星和超新星，只有极少量是通过放射性衰变和其他方式产生的。这意味着地球上的供应就是我们目前所拥有的一切。
上图中的镓就是这些关键材料之一。镓用于制造各种电子设备。它常用于 LED 灯泡、智能手机中的通信芯片和高效电源。由于镓十分稀有，因此并不直接开采，而是作为铝制造过程中的副产品生产出来。中国的镓产量占全球产量的 90% 以上，并于 2023 年宣布严格限制这一关键元素的出口。
概况
我们可以通过英国皇家化学会的在线元素周期表，了解更多有关关键材料和所有元素的信息。
这些关键材料包括 17 种稀土金属中除一种之外的所有材料。这些银色金属的化学性质相似。它们之所以被称为"稀有"，部分原因是它们往往同时存在，很难从其他材料中分离出来。
由能源部科学办公室支持的研究项目可以降低关键材料的回收成本。
欧盟也关注关键材料。在这份来自Politico 的指南中，您可以了解有关其中 12 种材料的更多信息。
从太阳能电池板和风力涡轮机到电动汽车充电器和电池，关键材料对清洁能源技术至关重要。这些用途正是能源部密切关注关键材料的原因。根据《两党基础设施法和通货膨胀削减法》，能源部负责监督几项关键计划，以解决关键材料问题。能源部制造和能源供应链办公室（MESC）正在三个资助领域领导工作，即电池制造和回收补助金、电池材料加工补助金和48C 税收抵免计划。MESC 和能源部化石能源与碳管理办公室(FECM) 正在领导稀土元素示范设施的工作。化石能源和碳管理办公室还在利用采矿和工业废料以及其他非常规来源生产和加工稀土元素和其他关键材料。能源部还创建了关键材料创新中心(CMI Hub）。该中心由艾姆斯国家实验室领导，由能源部先进材料与制造技术办公室管理。CMI 正在开展应用研究，以推动技术发展，从而开辟关键材料的新来源、这些材料的替代品以及通过再利用和再循环更好地利用现有材料的方法。该中心还研究新的方法，以促进科学发展、保护环境，并分析关键材料的供应链和经济性。
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