固态储氢技术：氢能源革命的未来之路，固态储氢

2024-02-17 16:11:52 0 0

固态储运氢技术的主要应用场景包括氢冶金、加氢站、季节性储能、交通运输、氢化工等领域。

从目前的技术来看，由于氢冶金等应用场景的用氢量十分巨大，且对氢气价格十分敏感，要求终端供氢价格低于21元/kg H2，因此，未来预计以管道输氢为主要供氢方式，同时采用镁基固态储氢系统辅助，用于氢气的规模储存，保证氢气供应的连续性。

对于可再生能源的调峰储能领域，由于需要跨季节长时间储存氢气，对储氢系统的固定投入成本较为敏感，镁基固态储氢系统由于其储氢合金的成本低至~0.1元/Wh（按照6wt.%储氢量，循环寿命1000次来计算），将会在该领域占有一席之地。

在交通运输领域，尤其是重卡、大型巴士、船舶等中重型运输工具，V基固溶体、Ti基储氢合金等高体积储氢密度的固态储氢材料将是重要的发展方向。

在加氢站方面，由于现有高压储氢方式的安全性风险，以及现有20MPa长管拖车运氢成本过高，国内加氢站及氢燃料电池车难以快速发展，若采用固态储氢材料（如V基固溶体、Ti基储氢合金、镁基储氢合金）作为加氢站的氢气储存方式，可在4MPa以下相对安全的储存氢气，结合镁基储氢合金的高效高安全氢运输和固态储氢燃料电池车，可实现“制-储-运-加-燃料电池”全流程的低氢气压力，可大幅提升氢能产业的安全性，不失为一种潜在的氢能发展路径。

以氢气运输为例，对比了高压气瓶、管道氢、液氢、富氢液态化合物、固态储运氢等技术，综合目前工业应用的实际情况，氢储运技术的关键指标比较如表X所示。

氢气的储运成本主要由固定成本、运行成本组成，固定成本包括储氢装备、运输装备和放氢装备的投资，运行成本主要包括充氢电耗、运输里程费和放氢电耗。

根据各种储运氢技术的特点，高压气瓶和管道两种方式的电耗较小，而液氢、富氢化合物和固态储氢运行时的电耗较高。

这导致在短距离小规模输运时，高压气瓶是较为经济的方式；在中长距离运输时，液氢、富氢化合物和固态储氢则更具有竞争；在超大规模超远距离运输时，管道输氢是目前的最佳选择。

但是这些储运氢技术也存在明显特点：高压气瓶存在单车储氢量低、高压安全风险高的问题；管道氢的固定投入成本极高，需要国家统一规划建设氢气管网；液氢的液化能耗过高，且易液氢易蒸发，无法长时间储存氢气；富氢化合物充放氢能耗高，需要贵金属催化剂，化合物本身多为有/微毒物质，存在环境污染，释放氢气不纯需要提纯等等问题；固态储氢安全性高、可长时间存放，但是放氢能耗较高。

因此，仍需根据应用场景的不同，针对性的选择合适的储运氢方式。

根据现有资料，规模在2000inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 255);">Nm³/h的供应能力的条件下，氢气运输的成本与运输距离的关系如图X所示（部分数据来源：黄宣旭，练继建，沈威，马超.中国规模化氢能供应链的经济性分析[J].南方能源建设，2020,7（2）：1-13.）。