氢能产业研究之储存篇

[导读]氢能的不同利用领域对于氢的储存需求不同，如果仅仅作为工业原料或者燃料可以像天然气那样通过管道运输，但是如果要用于汽车能源、燃料电池则需要高效的存储技术，而用于航天领域更是需使用要液态氢。

氢能的不同利用领域对于氢的储存需求不同，如果仅仅作为工业原料或者燃料可以像天然气那样通过管道运输，但是如果要用于汽车能源、燃料电池则需要高效的存储技术，而用于航天领域更是需使用要液态氢。虽然目前氢的绿色高效制取工艺还有待改进，但是稳定可逆的储存技术是限制氢能大规模应用的更为关键的因素。

按照目前的燃料水平测算，如果能大规模推广氢能作为汽车能源的话需要达到6%质量百分比氢气储存水平，然而由于氢气的密度非常小，传统的压缩存储和简单的吸附存储都很难达到这个水平。目前的储氢技术包括高压气体储氢、金属储氢、碳材料物理储氢、液态有机化合物储氢、低温液态储氢等等。

高压气态储氢是在临界温度以上通过加压是的氢气压缩到比较小的体积，存储在高压钢瓶中，高压储气因为简单、成本低、充放气速度快而且能在常温下使用等原因成为目前应用最为广泛的气体存储技术。缺点在于存储的密度不高，而使用的钢瓶本身重量大，气密性要求高，存在一些安全隐患，不适合大规模氢能利用。

金属储氢是利用气体分子和金属表面用形成化学键的方式固定的化学存储技术。一些金属的微观结构中存在一些空隙，氢原子比较容易进入这些空隙中并反应生存金属氢化物而固定，一般使用金属合金作为储氢材料。性能优异的储氢合金能存储自身体积一千倍以上的氢气。在低压力或者热条件下，这些合金会逆向反应而释放氢气。而此类技术的短板一方面是成本问题，另一方面是储氢材料易“中毒”。储氢材料“中毒”指的是杂质污染而失去了应有的功能，化学储氢能力越强的材料一般反应活性强，所以特别容易“中毒”，对氢气的纯度要求很高。而且这类材料容易被氧化，不能暴露在空气中，多次反应后性能不稳定。最早使用的储氢材料是钯，目前常用的材料有稀土镧系、钛铁系、镁系和多元素等等。从成本和资源量上看，镁系的材料很有发展的潜力。

吸附方式储氢是一种物理储氢方式，氢分子不分解，直接存储在材料中，而上面提高的化学储氢储存的是原子状态的氢。要提高物理吸附的能力需要增大吸附的面积、提高气体的压力或者降低温度。目前常用的吸附材料以碳材料为主包括活性炭、高比表面积活性炭、碳纳米管等等，而多孔的分子筛也被作为候选。物理吸附的密度和使用条件方面也并不能很好的适应实际的使用环境。

液态储氢材料是利用不饱和有机物和氢气之间的加成反应而储氢，并且在另一个条件下可逆的释放出来。从理论上，如果能达到完全的反应，储氢量可以超过6%，同时液体材料的运输储存也比较方便，结合态的氢也没有气体氢的危险性大。但是此类技术的最大问题在于常用的芳香族有机储氢材料释放氢气的过程需要较高的温度，远超过一般的使用环境。最近也有新型的液态储氢材料被开发出来并能在常规条件下多次循环使用。液态储氢材料技术也是氢能大规模利用中很有前景的路。

液态储氢技术从理论上是密度最高的储存技术，但是需要保持极低的温度，低温维持装置大大的增加了系统的质量，从总体上看成本高、密度也不大，基本仅仅用于航空领域，一些汽车公司也制备了液氢概念车，但是离真正的普及距离很大。