氢气变身“固态油箱”或改变未来能源格局

在充电盛行的时代，谁能想到，装上2个小巧的氢气罐，电动自行车就能够行驶120公里。氢气用完也不用担心，街头巷尾的便利店就能购买更换。就算氢气罐破损也没有危险，罐子里倒出来的全是合金粉末……

这并不是什么科幻片里的场景，在2021第二十届中国北方国际自行车电动车展览上，就展示了两款采用氢能源作为发电系统的样车。

近几年来，以固态储氢为能源供应的卡车、冷藏车、大巴车、备用电源等在我国相继问世。部分虽还是试验阶段，仍在氢能源圈内引发大量关注。

固态储氢改变氢气高密度储存和安全应用两个难题，究竟是如何实现的?氢气的储运难题一旦获得解决，氢能源将在哪些领域发挥作用?

存储和运输问题影响了氢能利用

化学元素氢(H)，在元素周期表中位列第一，是所有原子中最小的。

但这个无色无味的“小家伙”却是宇宙中最常见的元素，氢及其同位素占到了太阳总质量的84%，宇宙质量的75%都是氢。

当前，我国正面临着能源安全和碳排放两大挑战，在碳中和、碳达峰的目标下，必须调整当前过度依赖化石能源的能源结构，而将氢能纳入整个能源体系中，有助于改善我国的高碳能源结构，保障能源安全。

但是，从人类认识到氢气可以燃烧至今，已经过去200多年，氢能的高效利用进程仍然缓慢。

目前，氢气的储存和运输主要分为三种方式:气态、液态和固态。

气态储氢较为常见，可分为低压和高压两种。过去，街头巷尾卖气球的小贩，会载着一个大钢瓶，这就是低压储氢罐。而高压气态储氢最高气压可达70兆帕，目前我国常见的高压储氢气压也达到35兆帕，其对压力容器有着极高要求，目前高压储氢罐采用碳纤维制造，成本极高且要消耗较大的能源进行压缩。

氢气在一定的低温下，以液态形式存在。因此，可以将氢气压缩、冷却实现液态储存。常温、常压下液氢的密度为气态氢的845倍，但低温液态储氢不经济。氢气液化要消耗较大的冷却能量，而且必须使用超低温特殊容器，目前仅在储存空间有限的场合使用，如火箭发动机等。

与化石能源或电力等其他非化石能源相比，氢能由于尚未很好地解决储运问题，所以一直处尴尬境地。因此，开发新型高效的储氢材料、安全的储氢技术对氢能的开发利用至关重要。

含镁固态储氢系统成本接近锂电池

固态储氢材料需要储氢材料，金属合金是主要的储氢材料。储氢合金一般由两部分组成，一部分为吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素，它控制着储氢量的多少，是组成储氢合金的关键元素，主要包括钛、镁等。另一部分是氢吸收少或根本不吸氢的元素，常见的有铁、镍等。

这些合金材料与氢气在低温的条件下发生化学反应，氢气在其表面分解为氢原子。该合金具有大量微小的晶格，其中氢原子扩散到空隙中，形成氢化物。

想要把氢原子“释放”出来也很简单，只需施加一定热量，储氢材料就可以析出氢气。

近年来，世界各国成熟的储氢材料已在热电联供、储能、车载燃料电池氢源系统等多个领域得到应用，一家德国公司甚至在燃料电池潜艇中使用了固态储氢系统。

氢气变身“固态油箱”或改变未来能源格局

未来，储存和运输的问题解决。氢能的应用不仅是备受关注的燃料电池汽车，还包括氢能发电、工业应用及建筑应用等，既可作为楼宇热电联产电源、微网可靠供电、移动基站备用电源，又可与数字化技术结合，让以固态储氢为氢源的氢燃料电池动力系统在无人驾驶、军用单兵、深海装备等诸多领域发挥重要作用。（科技日报）