储氢技术的原理及现状简析

储氢技术作为氢气从生产到利用过程中的桥梁，指将氢气以稳定形式的能量储存起来。考虑到氢气为易燃、易爆气体，储氢技术还须考虑安全性、经济性、能耗以及使用周期等因素。一般按储氢的原理分为物理储氢、化学储氢与其它储氢。

表：氢气主要储存方式、优缺点、应用

资料来源：中国氢能联盟，《储氢技术研究现状及展望》（李璐伶等），东海证券研究所

1.物理储氢技术

物理储氢技术主要分为高压气态储氢与低温液化储氢，是指单纯地通过改变储氢条件提高氢气密度，以实现储氢的技术。该技术为纯物理过程，无需储氢介质，成本较低，且易放氢，氢气浓度较高。

① 高压气态储氢技术是指在高压下将氢气压缩，以高密度气态形式储存，具有成本较低、能耗低、易脱氢、工作条件较宽等特点，是发展最成熟、最常用的储氢技术。氢气质量密度随压力增加而增加，压力又受储罐材质限制，目前高压储氢储罐主要包括金属储罐、金属内衬纤维缠绕储罐和全复合轻质纤维缠绕储罐。
2022 年北京冬奥会部分氢燃料电池大巴车使用的铝内胆碳纤维全缠绕型储氢罐（70MPa），满足了燃料电池车对储氢罐的轻量化、高压力、大容量的需求。中材科技、京城股份等公司已能量产此类高压储氢瓶，75MPa 的储氢瓶尚在研发中。

② 低温液化储氢技术是利用氢气在高压、低温条件下液化，体积密度为气态时的 845 倍的特点，实现高效储氢，其输送效率大幅高于气态氢，但需要突破液氢在存储过程中保温与储氢密度的矛盾、承担储氢过程中氢气气化造成的 1%左右的损失以及保温过程中相当于液氢质量能量 30%的损耗。

2.化学储氢技术
化学储氢技术主要包括有机液体储氢、液氨储氢、配位氢化物储氢、无机物储氢与甲醇储氢，是利用储氢介质在一定条件下能与氢气反应生成稳定化合物，再通过改变条件实现放氢的技术。

① 有机液体储氢技术基于不饱和液体有机物在催化剂作用下进行加氢反应，生成稳定化合物，当需要氢气时再进行脱氢反应。但面临配备装置成本较好、氢气纯度较低、高温脱氢条件下致催化剂结焦失活等缺点。

② 液氨储氢技术是指将氢气与氮气反应生成液氨，作为氢能的载体进行利用。液氨存储条件远远缓和于液氢，可以直接利用丙烷的技术基础设施，设备投入较低，是最具前景的储氢技术之一。2022 年德国与阿联酋合作开发液氨-氢气技术，日本重点研发液氨技术以期为氢寻找更好的载体。

③ 配位氢化物储氢利用碱金属与氢气反应生成离子型氢化物，在一定条件下，分解出氢气。作为一种极具前景的储氢材料，低温放氢性能技术，针对这类材料的回收、循环、再利用等技术还需要进一步研究开发。

④ 无机物储氢材料基于碳酸氢盐与甲酸盐之间相互转化，实现储氢、放氢。该方法便于大量的储存和运输，安全性好，但储氢量和可逆性都不是很理想。

⑤ 甲醇储氢技术是指将一氧化碳与氢气在一定条件下反应生成液体甲醇，作为氢能的载体进行利用。在一定条件下，甲醇可分解得到氢气，用于燃料电池。同时，甲醇还可直接用作燃料，储存条件为常温常压，且没有刺激性气味。甲醇储氢、液氨储氢是目前颇具期待的储氢技术，拥有减少成本端投入，实现大规模生产，降低运输风险等优势。

3.其它储氢技术
1）吸附储氢是利用吸附剂与氢气作用，实现高密度储氢，主要包括材料金属合金、碳质材料、金属框架物等。

① 金属合金储氢是指利用吸氢金属 A 与对氢不吸附或吸附量较小的金属 B 制成合金晶体，在一定条件下，金属 A 作用强，氢分子被吸附进入晶体，形成金属氢化物，再通过改变条件，减弱金属 A 作用，实现氢分子的释放。但缺点是需要在高温下进行加氢、脱氢。

② 碳质材料由于具有较大的比表面积以及强吸附能力，氢气质量密度普遍较高。同时，碳质材料还具有质量轻、易脱氢、抗毒性强、安全性高等特点。目前 35~75MPa 的储氢瓶内部材质主要是碳纤维。国内主要公司有中材科技、亚普股份、京城股份等。

③ 金属有机框架物（MOFs）又称为金属有机配位聚合物，其是由金属离子与有机配体形成的具有超分子微孔网络结构的类沸石材料。可通过改性有机成分加强金属与氢分子的相互作用，具有储氢量较大、产率高、结构可调、功能多变等特点，但需要在高温条件下操作。未来突破空间在如何提高常温、中高压条件下氢气质量密度。

2）水合物法储氢技术是指将氢气在低温、高压的条件下，生成固体水合物进行储存。由于水合物在常温、常压下即可分解，因此，该方法脱氢速度快、能耗低，同时，其储存介质仅为水，具有成本低、安全性高等特点。储存介质有Ⅱ型水合物、I 型水合物、H 型水合物、半笼型水合物，但由于储氢密度较低，还达不到实用要求，还需要进一步研究。

来源：东海证券研究所