儲(chǔ)氫技術(shù)作為氫氣從生產(chǎn)到利用過程中的橋梁，指將氫氣以穩(wěn)定形式的能量儲(chǔ)存起來。考慮到氫氣為易燃、易爆氣體，儲(chǔ)氫技術(shù)還須考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性、能耗以及使用周期等因素。一般按儲(chǔ)氫的原理分為物理儲(chǔ)氫、化學(xué)儲(chǔ)氫與其它儲(chǔ)氫。

表：氫氣主要儲(chǔ)存方式、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用

資料來源：中國氫能聯(lián)盟，《儲(chǔ)氫技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望》（李璐伶等），東海證券研究所

一、物理儲(chǔ)氫技術(shù)

物理儲(chǔ)氫技術(shù)主要分為高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫與低溫液化儲(chǔ)氫，是指單純地通過改變儲(chǔ)氫條件提高氫氣密度，以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫的技術(shù)。該技術(shù)為純物理過程，無需儲(chǔ)氫介質(zhì)，成本較低，且易放氫，氫氣濃度較高。

① 高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)是指在高壓下將氫氣壓縮，以高密度氣態(tài)形式儲(chǔ)存，具有成本較低、能耗低、易脫氫、工作條件較寬等特點(diǎn)，是發(fā)展最成熟、最常用的儲(chǔ)氫技術(shù)。氫氣質(zhì)量密度隨壓力增加而增加，壓力又受儲(chǔ)罐材質(zhì)限制，目前高壓儲(chǔ)氫儲(chǔ)罐主要包括金屬儲(chǔ)罐、金屬內(nèi)襯纖維纏繞儲(chǔ)罐和全復(fù)合輕質(zhì)纖維纏繞儲(chǔ)罐。

2022 年北京冬奧會(huì)部分氫燃料電池大巴車使用的鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞型儲(chǔ)氫罐（70MPa），滿足了燃料電池車對(duì)儲(chǔ)氫罐的輕量化、高壓力、大容量的需求。中材科技、京城股份等公司已能量產(chǎn)此類高壓儲(chǔ)氫瓶，75MPa 的儲(chǔ)氫瓶尚在研發(fā)中。

② 低溫液化儲(chǔ)氫技術(shù)是利用氫氣在高壓、低溫條件下液化，體積密度為氣態(tài)時(shí)的 845 倍的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高效儲(chǔ)氫，其輸送效率大幅高于氣態(tài)氫，但需要突破液氫在存儲(chǔ)過程中保溫與儲(chǔ)氫密度的矛盾、承擔(dān)儲(chǔ)氫過程中氫氣氣化造成的 1%左右的損失以及保溫過程中相當(dāng)于液氫質(zhì)量能量 30%的損耗。

二、化學(xué)儲(chǔ)氫技術(shù)

化學(xué)儲(chǔ)氫技術(shù)主要包括有機(jī)液體儲(chǔ)氫、液氨儲(chǔ)氫、配位氫化物儲(chǔ)氫、無機(jī)物儲(chǔ)氫與甲醇儲(chǔ)氫，是利用儲(chǔ)氫介質(zhì)在一定條件下能與氫氣反應(yīng)生成穩(wěn)定化合物，再通過改變條件實(shí)現(xiàn)放氫的技術(shù)。

① 有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)基于不飽和液體有機(jī)物在催化劑作用下進(jìn)行加氫反應(yīng)，生成穩(wěn)定化合物，當(dāng)需要?dú)錃鈺r(shí)再進(jìn)行脫氫反應(yīng)。但面臨配備裝置成本較好、氫氣純度較低、高溫脫氫條件下致催化劑結(jié)焦失活等缺點(diǎn)。

② 液氨儲(chǔ)氫技術(shù)是指將氫氣與氮?dú)夥磻?yīng)生成液氨，作為氫能的載體進(jìn)行利用。液氨存儲(chǔ)條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)緩和于液氫，可以直接利用丙烷的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，設(shè)備投入較低，是最具前景的儲(chǔ)氫技術(shù)之一。2022 年德國與阿聯(lián)酋合作開發(fā)液氨-氫氣技術(shù)，日本重點(diǎn)研發(fā)液氨技術(shù)以期為氫尋找更好的載體。

③ 配位氫化物儲(chǔ)氫利用堿金屬與氫氣反應(yīng)生成離子型氫化物，在一定條件下，分解出氫氣。作為一種極具前景的儲(chǔ)氫材料，低溫放氫性能技術(shù)，針對(duì)這類材料的回收、循環(huán)、再利用等技術(shù)還需要進(jìn)一步研究開發(fā)。

④ 無機(jī)物儲(chǔ)氫材料基于碳酸氫鹽與甲酸鹽之間相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫、放氫。該方法便于大量的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，安全性好，但儲(chǔ)氫量和可逆性都不是很理想。

⑤ 甲醇儲(chǔ)氫技術(shù)是指將一氧化碳與氫氣在一定條件下反應(yīng)生成液體甲醇，作為氫能的載體進(jìn)行利用。在一定條件下，甲醇可分解得到氫氣，用于燃料電池。同時(shí)，甲醇還可直接用作燃料，儲(chǔ)存條件為常溫常壓，且沒有刺激性氣味。甲醇儲(chǔ)氫、液氨儲(chǔ)氫是目前頗具期待的儲(chǔ)氫技術(shù)，擁有減少成本端投入，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，降低運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)勢(shì)。

三、其它儲(chǔ)氫技術(shù)

1、吸附儲(chǔ)氫是利用吸附劑與氫氣作用，實(shí)現(xiàn)高密度儲(chǔ)氫，主要包括材料金屬合金、碳質(zhì)材料、金屬框架物等。

① 金屬合金儲(chǔ)氫是指利用吸氫金屬 A 與對(duì)氫不吸附或吸附量較小的金屬 B 制成合金晶體，在一定條件下，金屬 A 作用強(qiáng)，氫分子被吸附進(jìn)入晶體，形成金屬氫化物，再通過改變條件，減弱金屬 A 作用，實(shí)現(xiàn)氫分子的釋放。但缺點(diǎn)是需要在高溫下進(jìn)行加氫、脫氫。

② 碳質(zhì)材料由于具有較大的比表面積以及強(qiáng)吸附能力，氫氣質(zhì)量密度普遍較高。同時(shí)，碳質(zhì)材料還具有質(zhì)量輕、易脫氫、抗毒性強(qiáng)、安全性高等特點(diǎn)。目前 35~75MPa 的儲(chǔ)氫瓶內(nèi)部材質(zhì)主要是碳纖維。國內(nèi)主要公司有中材科技、亞普股份、京城股份等。

③ 金屬有機(jī)框架物（MOFs）又稱為金屬有機(jī)配位聚合物，其是由金屬離子與有機(jī)配體形成的具有超分子微孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的類沸石材料。可通過改性有機(jī)成分加強(qiáng)金屬與氫分子的相互作用，具有儲(chǔ)氫量較大、產(chǎn)率高、結(jié)構(gòu)可調(diào)、功能多變等特點(diǎn)，但需要在高溫條件下操作。未來突破空間在如何提高常溫、中高壓條件下氫氣質(zhì)量密度。

2、水合物法儲(chǔ)氫技術(shù)是指將氫氣在低溫、高壓的條件下，生成固體水合物進(jìn)行儲(chǔ)存。由于水合物在常溫、常壓下即可分解，因此，該方法脫氫速度快、能耗低，同時(shí)，其儲(chǔ)存介質(zhì)僅為水，具有成本低、安全性高等特點(diǎn)。儲(chǔ)存介質(zhì)有Ⅱ型水合物、I 型水合物、H 型水合物、半籠型水合物，但由于儲(chǔ)氫密度較低，還達(dá)不到實(shí)用要求，還需要進(jìn)一步研究。

來源：東海證券研究所

原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氫科技網(wǎng)）：儲(chǔ)氫技術(shù)的原理及現(xiàn)狀簡析