裝上2個小巧的氫氣罐壳坪，電動自行車就可以行駛120公里幽卜；氫氣用完也無須擔心抵蚊，街頭巷尾的便利店就能購買更換礁姿；氫氣罐即使破損也沒有危險，罐子里倒出來的全是合金粉末……

這可不是什么科幻片里的場景株汉，而是江蘇某企業(yè)在2021第二十屆中國北方國際自行車電動車展覽上粉捻，展示的兩款采用氫能源作為發(fā)電系統(tǒng)的樣車。

近幾年來隧渠，以固態(tài)儲氫為能源供應的大巴車俯态、卡車、冷藏車元八、備用電源等在我國相繼問世玻桶。雖然只是試驗示范項目，但還是在氫能源圈內(nèi)引發(fā)了極大的關注聪萨。

固態(tài)儲氫改變氫氣高密度儲存和安全應用兩個難題假盼，究竟是如何實現(xiàn)的？氫氣的儲運難題一旦獲得解決盘另，氫能源將在哪些領域發(fā)揮作用惋探？帶著這些問題，科技日報記者5月22日采訪了江蘇省產(chǎn)業(yè)技術研究院集萃先進能源材料與應用技術研究所所長周少雄博士巩荧。

存儲和運輸問題影響了氫能利用

化學元素氫（H）抗海，在元素周期表中位列第一，是所有原子中最小的福耐。

但這個無色無味的“小家伙”卻是宇宙中最常見的元素葫羡，氫及其同位素占到了太陽總質(zhì)量的84%，宇宙質(zhì)量的75%都是氫昌罩。

“我們現(xiàn)在還生活在碳時代哭懈，但是在未來，氫能將是舉足輕重的能源茎用。”周少雄告訴記者遣总，氫資源豐富，可以由水制取轨功，氫供給燃料電池的產(chǎn)物還是水旭斥，不僅是世界上最干凈的能源，還能實現(xiàn)能源物質(zhì)循環(huán)利用、可持續(xù)發(fā)展琉预。

當前董饰，我國正面臨著能源安全和碳排放兩大挑戰(zhàn)，在碳中和圆米、碳達峰的目標下卒暂，必須調(diào)整當前過度依賴化石能源的能源結(jié)構，而將氫能納入整個能源體系中娄帖，有助于改善我國的高碳能源結(jié)構乏根，保障能源安全。

但是仔省，從人類認識到氫氣可以燃燒至今俄躺，已經(jīng)過去200多年，氫能的高效利用仍然進展緩慢红集。

“氫能的利用亲沃，涉及制氫、儲運判懒、應用3個環(huán)節(jié)袋员，其中高密度安全儲運氫是主要的瓶頸問題。”周少雄說刀雳，氫在通常條件下以氣態(tài)形式存在, 且易燃痘嫉、易爆、易擴散粪世，這就給氫的儲存和運輸帶來了很大的困難馆义。

目前，氫氣的儲運主要分為氣態(tài)胁塞、液態(tài)和固態(tài)3種方式咏尝。



氣態(tài)儲氫較為常見，可分為低壓和高壓兩種啸罢。過去状土，街頭巷尾賣氣球的小販，會載著一個大鋼瓶伺糠，這就是低壓儲氫罐。而高壓氣態(tài)儲氫最高氣壓可達70兆帕斥季，目前我國常見的高壓儲氫氣壓也達到35兆帕训桶，這就對壓力容器提出了極高要求，目前高壓儲氫罐采用碳纖維制造酣倾，成本極高且要消耗較大的能源進行壓縮舵揭。

氫氣在一定的低溫下，會以液態(tài)形式存在。因此午绳，可以將氫氣壓縮置侍、冷卻實現(xiàn)液態(tài)儲存。常溫拦焚、常壓下液氫的密度為氣態(tài)氫的845倍瘫骏，但低溫液態(tài)儲氫不經(jīng)濟。氫氣液化要消耗較大的冷卻能量荣吻，而且必須使用超低溫用的特殊容器哭夺，目前僅在儲存空間有限的場合使用，如火箭發(fā)動機等押辽。

與化石能源或電力等其他非化石能源相比卷撞，氫能由于尚未很好地解決儲運問題，所以一直處在叫好不叫座的尷尬境地饵忙。因此盐文，開發(fā)新型高效的儲氫材料、安全的儲氫技術對氫能的開發(fā)利用至關重要岖疲。

含鎂固態(tài)儲氫系統(tǒng)成本接近鋰電池

“固態(tài)儲氫相對于高壓氣態(tài)和液態(tài)儲氫咏摔，具有體積儲氫密度高、工作壓力低情召、安全性能好等優(yōu)勢愧增。”周少雄介紹，固態(tài)儲氫是未來高密度儲存和安全氫能利用的發(fā)展方向钥屈。

固態(tài)儲存需要用到儲氫材料悟民，目前技術較為成熟的儲氫材料主要是金屬合金。

儲氫合金一般由兩部分組成篷就，一部分為吸氫元素或與氫有很強親和力的元素射亏，它控制著儲氫量的多少，是組成儲氫合金的關鍵元素竭业，主要包括鈦智润、鎂等；另一部分是吸氫量小或根本不吸氫的元素未辆，常見的有鐵窟绷、鎳等。

這些合金材料與氫氣在低溫的條件下發(fā)生化學反應咐柜，氫氣在其表面分解為氫原子兼蜈。合金材料內(nèi)部有大量細微的晶格，氫原子擴散進入到晶格內(nèi)部空隙中拙友，形成金屬氫化物为狸。

想要把氫原子“釋放”出來也很簡單歼郭，只需施加一定熱量，儲氫材料就可以析出氫氣臭膊。

周少雄告訴記者盆扳，目前他們開發(fā)的低溫固態(tài)儲氫材料可以存儲其體積上百倍的氫氣，因而其儲氫密度比液氫還高栏赋。這些合金材料性能非常穩(wěn)定俭整，不會燃燒爆炸，可逆性好山乐，重復使用不低于5000次岩视。

“以我們開發(fā)的一種新型儲氫材料為例，主要成分是鎂和稀土元素鑭插凳、鈰等颓蛀，在爐中熔化冶煉，冷卻成型姥胳，再破碎成粉末就可以了鹰坐。”周少雄說，鎂是自然界普遍存在的一種元素贵健，鑭迷啄、鈰在稀土元素中儲量豐富，因此綜合成本已逼近鋰電池朋蔫。

近年來罚渐，世界各國在固態(tài)儲氫應用和新型儲氫材料的研發(fā)上取得了諸多進展，成熟的儲氫材料已在熱電聯(lián)供驯妄、儲能荷并、車載燃料電池氫源系統(tǒng)等多個領域得到應用，德國一家公司甚至將固態(tài)儲氫系統(tǒng)用于燃料電池潛艇中青扔。

據(jù)周少雄介紹源织，他們最新研制的含鎂儲氫材料，儲存容量可達每立方米110千克微猖，遠超美國能源局提出的儲氫“終極目標”谈息，但是制約其應用的是放氫溫度過高，需要達到250℃以上凛剥。目前侠仇，科學家正通過各種方法來調(diào)控其熱力學、動力學和循環(huán)壽命性能犁珠，希望可以早日實現(xiàn)商用傅瞻。

氫氣變身“固態(tài)油箱”或改變未來能源格局

日本豐田、韓國現(xiàn)代等企業(yè)投入巨資瓢身、耗時數(shù)十年研發(fā)氫能源汽車迟摹，但受制于加氫站建設的瓶頸，市場推廣并不順利宝辛。

“由于氫能儲運問題沒有解決跋章，燃料電池成本較高，所以氫能源汽車還處在政府補貼枕泽、示范運行的階段往姆。”周少雄說，當固態(tài)儲氫材料得到發(fā)展后掰站，氫能利用將會有極大地改變宏湾。

比如，將固態(tài)儲氫裝置與燃料電池一體化集成涧谓，可充分利用燃料電池余熱旋稚，吸熱放氫，降低系統(tǒng)熱能消耗瑟捺，使得整個燃料電池動力系統(tǒng)的能源效率得以提高奕枝。

“目前，我們已建成國內(nèi)唯一一條年產(chǎn)800噸儲氫材料的生產(chǎn)線瓶堕，并與九號公司隘道、永安行等企業(yè)開展合作，推出固態(tài)儲氫動力系統(tǒng)的摩托車郎笆、電動自行車等谭梗。”周少雄告訴記者，低溫固態(tài)儲氫材料技術成熟宛蚓，成本可控激捏，整套裝置全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，無需政府補貼也可以實現(xiàn)商業(yè)化應用苍息。

周少雄介紹缩幸，他們開發(fā)的以固態(tài)儲氫為氫源的百瓦級氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，只需55克氫氣就能驅(qū)動自行車行駛80公里竞思，而這55克氫氣就儲存在一個普通礦泉水瓶大小的罐子里表谊，儲氫壓力僅相當于普通氣球。

周少雄大膽預言：“固態(tài)儲氫罐可以做成像干電池一樣的產(chǎn)品盖喷，未來可在便利店或超市隨處購買爆办，也可以將使用完的氫能源空瓶放置存儲箱，由快遞員每日更換嚎脖。”

未來鬼痹，解決了儲運難題，氫能的應用不僅是備受關注的燃料電池汽車勤鼓，還包括氫能發(fā)電榕吨、工業(yè)應用及建筑應用等幔私，不僅可以作為建筑熱電聯(lián)供電源、微網(wǎng)的可靠電源與移動基站的備用電源甲盘，還能夠與數(shù)字化技術結(jié)合菠山，讓以固態(tài)儲氫為氫源的氫燃料電池動力系統(tǒng)在無人駕駛、軍用單兵臣镜、深海裝備等諸多領域發(fā)揮重要作用乙错。