常見的氫氣儲存方式包括哪些？

常見的氫氣儲存方式可以分為物理儲氫和化學儲氫兩大類。

1.高壓氣態儲氫：目前最成熟、最常用的儲氫技術

高壓氣態儲氫通過高壓壓縮氫氣將其儲存在高壓氣瓶中，具有氫氣充放速度快，成本相 對較低的特點。高壓氣態是目前最為常用的氫氣儲運技術，一般是將氫氣加壓到 35 或 70MPa，儲存到復合材料氫氣儲運裝備中。該過程在常溫下就可以直接對氫氣進行壓縮， 工藝較為簡單，通過減壓閥就可以調控氫氣的釋放。但是由于氫的分子滲透作用，鋼制 高壓氣瓶容易出現氫脆現象，帶來氫氣泄露和爆炸的風險，因此對于氣瓶材料的選擇應 格外謹慎。高壓氣態儲氫容器通?？梢苑譃槿饘倨浚↖ 型）、鋼制內膽纖維纏繞瓶（II 型）、鋁內膽纖維纏繞瓶型（III 型）及塑料內膽纖維纏繞瓶（IV 型）四種。

四種類型的高壓氣態儲氫容器各具特點，滿足不同應用場景的需求。全金屬儲氫氣瓶（I 型）由于使用全金屬材料，所以質量較大，儲氫密度低，質量儲氫密度在 1%～1.5%左右。 另外材料強度較高使其對于氫脆的敏感性較強，高壓下失效的風險增加，無法滿足車用 儲氫容器的要求，多用于固定式、小儲量的氫氣儲存。鋼制內膽纖維纏繞瓶（II 型）內膽 仍為鋼材質，質量儲氫密度與 I 型相當，但它利用纖維作為承壓層，儲氫壓力可達 40KPa。 鋁內膽纖維纏繞瓶型（III 型）通常以鋁合金材料作為內膽，金屬內襯的厚度減小，大大 降低了儲罐的質量，目前，中國 III 型瓶技術較為成熟，35KPa 的Ⅲ型瓶已在燃料電池汽 車上實際投產使用。塑料內膽纖維纏繞瓶（IV 型）內膽采用阻隔性能良好的工程熱塑料， 與氫氣具有更好的相容性，且具有高氣密性、耐腐蝕、耐高溫和高強度、高韌性的優點，容重比目前最高，在車載氫氣儲存系統中的具備一定競爭力，但在我國目前仍處于研究 階段。

根據儲存目的、安裝地點的不同，高壓氣態儲氫又可分為車載式、固定式、移動式三種 形式。車載式儲氫瓶主要用于汽車內氫燃料電池的氫能儲存，出于對于體積和質量的要 求，大多使用 III 型和 IV 型高壓氣瓶，工作壓力為 35KPa 或 40KPa。固定式儲氫容器主 要用于加氫站的氫能儲存，一般而言，35KPa 加氫站需要使用設計壓力為 50KPa 的固定 式儲氫容器，70KPa 加氫站需要使用設計壓力為 98KPa~99KPa 的固定式儲氫容器，現階 段正進行材料和制造工藝方面的研究。移動式氫氣運輸氣瓶主要用于通過高壓長管拖車 或管束式集裝箱將氫氣由產地運往加氫站。由于需要進行公路運輸，該類氣瓶對安全性 提出了較高的要求。目前我國主要以 20KPa 的純鋼質Ｉ型瓶為主，與國際使用 III 型和 IV 型的先進水平還有較大差距。

2.低溫液態儲氫：成本較高，主要應用于航空航天方面

液化儲氫方式最大優點在于質量儲氫密度高，但氫氣液化耗能多，易泄露，安全技術較 為復雜。在一個大氣壓下，氫氣在-253℃以下為液態，此時液氫的密度是氣態氫的 865倍， 因此低溫液態儲氫相對于高壓氣態儲氫具有更大的吸引力，按目前的技術單位質量儲氫 密度可達 5%以上。從成本看，氫氣的低溫液化能耗高，理論上液化 1kg 氫氣約需耗電 4KWh，占 1kg 氫氣自身能量的 10%，實際消耗能量大約是理論值的 2.5 倍。另外，液氫 還存在較為嚴重的泄露問題，稍有熱量從外部深入容器，便會導致液氫的快速沸騰和損 失。所以液化儲氫方式不適用于汽車等間歇使用的場合，而對于航天領域是有利的。 為避免內外溫差導致的液氫快速蒸發損失，低溫液態儲氫對儲氫容器有著較高要求，根 據其使用形式可分為固定式、移動式、罐式集裝箱三種類型。液氫沸點僅為 20.38K，氣 化潛熱小，僅為 0.91kJ/mol，因此液氫的儲存需要使用具有良好絕熱性能的容器。通常采 用雙層壁真空絕熱結構，并配置安全保護裝置和自動控制裝置來減震和抗沖擊，這提高 了儲氫系統的復雜程度和總體質量。液氫儲罐有多種類型，根據其使用形式可分為固定 式、移動式、罐式集裝箱三種類型，由于液氫儲罐表面積越小，其蒸發損失也越小，所以 球形儲罐是一種比較理想的形式。

3.固體儲氫：全國首個固態儲氫項目已并網發電，實現“綠電”與“綠氫”靈活轉換

固體儲氫具有安全、高效、高密度的特點，可以把光伏、風電等不穩定的發電量高密度 存儲起來，實現“綠電”與“綠氫”的靈活轉換。固體儲氫是指利用某些固體對于氫氣的物 理吸附或化學反應，將氫氣儲存在固體材料中，再根據需要隨時將氫氣釋放出來的儲氫 技術。它解決了高壓氣態儲氫和低溫液態儲氫需要苛刻高壓、低溫條件的問題，體積儲 氫密度更高，安全性更好。3 月 25 日，國家重點研發計劃中的固態儲氫開發項目率先在 廣州和昆明實現并網發電。這是我國首次利用光伏發電制成固態氫能并成功應用于電力 系統，對于推進可再生能源大規模制氫、加快建成新型電力系統具有里程碑意義。 固態儲氫時，氫以分子、離子、原子等狀態存在，有物理和化學兩種機制。物理機制下， 氫以分子態與材料結合，而在化學機制下氫以離子鍵或共價鍵與其他組分結合，生成金 屬氫化物、配位氫化物等。因此，固體儲氫材料分為物理吸附型儲氫材料、金屬氫化物 儲氫合金和配位氫化物儲氫三種類型，其中金屬氫化物因儲氫質量密度較大、儲氫體積 比高于高壓和液化儲氫、安全性好、氫氣純度高、可逆循環好，是近年來發展較快的固 體儲氫方式。

氫氣在金屬氫化物儲氫罐中以儲氫合金的形式存在，儲氫罐有四種形式。金屬氫化物儲 氫裝置將儲氫合金（一般為 AB5型、AB2 型、AB 型、鎂系的儲氫材料）以一定的方式裝 填到容器內，利用儲氫合金的可逆吸放氫能力，達到儲存、凈化氫氣的目的。金屬氫化 物儲氫密度可達標準狀態下氫氣的 1000 倍，與液氫相當，甚至超過液氫，可應用于儀器 配套、燃料電池、半導體工業、保護氣體、氫氣凈化等領域。金屬氫化物儲氫罐具有圓柱 形空腔、空腔內置氣體導管、多腔室和蜂巢型四種結構。

鎂基儲氫材料，具有儲氫量高、鎂資源豐富以及成本低廉等優點，被認為是極具應用前 景的一類固態儲氫材料。我國在鎂資源方面非常有優勢，全球大概 90%的鎂都是生產于 中國，鎂年產量占全球 85%以上，原料來源豐富且成本低。鎂基固態儲氫材料在吸氫時 是放熱過程，不損耗能量，循環壽命長、常溫常壓儲氫，具有較強的競爭能力和較好的 應用前景。目前，研究最多且產業化前景較好的鎂基氫化物是 MgH2。鎂在 300～400 ℃ 和較高氫壓（2.4～40 MPa）的環境下可以直接與氫氣反應生成 MgH2，MgH2具有性能穩 定的紅晶石結構，而且它的質量密度和體積密度分別達到 7.6%和 110 kg/m3。

4.有機液體儲氫：開發新型有機儲氫介質是重點，目前處于研發階段

有機液體儲氫具有儲氫容量大，應用安全、環保，可實現大規模、遠距離運輸的特點， 是一種可行的氫能儲運方法。該儲氫系統的工作原理為：對有機液體氫載體催化加氫， 儲存氫能；通過存儲設備將有機液體氫化物運輸至目的地；在脫氫反應裝置中催化脫氫， 釋放氫氣。不同有機液體儲氫材料具有不同的物理性質，儲氫量也各不相同，總的來說 有機液體儲氫技術具有較高儲氫密度，通過加氫、脫氫過程可實現有機液體的循環利用，成本相對較低。同時，常用材料（如環己烷和甲基環己烷等）在常溫常壓下即可實現儲 氫，安全性較高。

有機液體儲氫技術到實際應用仍需解決一系列技術瓶頸。首先，需要開發高轉化率、高 選擇性和穩定性的脫氧催化劑，以提高儲氫效率和安全性。其次，脫氧反應是強吸熱的 非均相反應，需要在低溫高壓條件下反應，脫氧催化劑在高溫條件下容易發生孔結構破 壞、結焦失活等現象，不僅其活性隨著反應的進行而降低，而且有可能因為結焦而造成 反應器堵塞，所以需要保證催化劑的反應條件得到持續滿足。然后，脫氧過程也可能發 生副反應如氫解反應，使環狀結構的氫化物轉化成 C1~C5 的低分子有機物。如何減少副 反應的發生，提高氫氣純度，是亟待解決的技術難題。