常见的氢气储存方式包括哪些？

常见的氢气储存方式可以分为物理储氢和化学储氢两大类。

1.高压气态储氢：目前最成熟、最常用的储氢技术

高压气态储氢通过高压压缩氢气将其储存在高压气瓶中，具有氢气充放速度快，成本相 对较低的特点。高压气态是目前最为常用的氢气储运技术，一般是将氢气加压到 35 或 70MPa，储存到复合材料氢气储运装备中。该过程在常温下就可以直接对氢气进行压缩， 工艺较为简单，通过减压阀就可以调控氢气的释放。但是由于氢的分子渗透作用，钢制 高压气瓶容易出现氢脆现象，带来氢气泄露和爆炸的风险，因此对于气瓶材料的选择应 格外谨慎。高压气态储氢容器通常可以分为全金属瓶（I 型）、钢制内胆纤维缠绕瓶（II 型）、铝内胆纤维缠绕瓶型（III 型）及塑料内胆纤维缠绕瓶（IV 型）四种。

四种类型的高压气态储氢容器各具特点，满足不同应用场景的需求。全金属储氢气瓶（I 型）由于使用全金属材料，所以质量较大，储氢密度低，质量储氢密度在 1%～1.5%左右。 另外材料强度较高使其对于氢脆的敏感性较强，高压下失效的风险增加，无法满足车用 储氢容器的要求，多用于固定式、小储量的氢气储存。钢制内胆纤维缠绕瓶（II 型）内胆 仍为钢材质，质量储氢密度与 I 型相当，但它利用纤维作为承压层，储氢压力可达 40KPa。 铝内胆纤维缠绕瓶型（III 型）通常以铝合金材料作为内胆，金属内衬的厚度减小，大大 降低了储罐的质量，目前，中国 III 型瓶技术较为成熟，35KPa 的Ⅲ型瓶已在燃料电池汽 车上实际投产使用。塑料内胆纤维缠绕瓶（IV 型）内胆采用阻隔性能良好的工程热塑料， 与氢气具有更好的相容性，且具有高气密性、耐腐蚀、耐高温和高强度、高韧性的优点，容重比目前最高，在车载氢气储存系统中的具备一定竞争力，但在我国目前仍处于研究 阶段。

根据储存目的、安装地点的不同，高压气态储氢又可分为车载式、固定式、移动式三种 形式。车载式储氢瓶主要用于汽车内氢燃料电池的氢能储存，出于对于体积和质量的要 求，大多使用 III 型和 IV 型高压气瓶，工作压力为 35KPa 或 40KPa。固定式储氢容器主 要用于加氢站的氢能储存，一般而言，35KPa 加氢站需要使用设计压力为 50KPa 的固定 式储氢容器，70KPa 加氢站需要使用设计压力为 98KPa~99KPa 的固定式储氢容器，现阶 段正进行材料和制造工艺方面的研究。移动式氢气运输气瓶主要用于通过高压长管拖车 或管束式集装箱将氢气由产地运往加氢站。由于需要进行公路运输，该类气瓶对安全性 提出了较高的要求。目前我国主要以 20KPa 的纯钢质Ｉ型瓶为主，与国际使用 III 型和 IV 型的先进水平还有较大差距。

2.低温液态储氢：成本较高，主要应用于航空航天方面

液化储氢方式最大优点在于质量储氢密度高，但氢气液化耗能多，易泄露，安全技术较 为复杂。在一个大气压下，氢气在-253℃以下为液态，此时液氢的密度是气态氢的 865倍， 因此低温液态储氢相对于高压气态储氢具有更大的吸引力，按目前的技术单位质量储氢 密度可达 5%以上。从成本看，氢气的低温液化能耗高，理论上液化 1kg 氢气约需耗电 4KWh，占 1kg 氢气自身能量的 10%，实际消耗能量大约是理论值的 2.5 倍。另外，液氢 还存在较为严重的泄露问题，稍有热量从外部深入容器，便会导致液氢的快速沸腾和损 失。所以液化储氢方式不适用于汽车等间歇使用的场合，而对于航天领域是有利的。 为避免内外温差导致的液氢快速蒸发损失，低温液态储氢对储氢容器有着较高要求，根 据其使用形式可分为固定式、移动式、罐式集装箱三种类型。液氢沸点仅为 20.38K，气 化潜热小，仅为 0.91kJ/mol，因此液氢的储存需要使用具有良好绝热性能的容器。通常采 用双层壁真空绝热结构，并配置安全保护装置和自动控制装置来减震和抗冲击，这提高 了储氢系统的复杂程度和总体质量。液氢储罐有多种类型，根据其使用形式可分为固定 式、移动式、罐式集装箱三种类型，由于液氢储罐表面积越小，其蒸发损失也越小，所以 球形储罐是一种比较理想的形式。

3.固体储氢：全国首个固态储氢项目已并网发电，实现“绿电”与“绿氢”灵活转换

固体储氢具有安全、高效、高密度的特点，可以把光伏、风电等不稳定的发电量高密度 存储起来，实现“绿电”与“绿氢”的灵活转换。固体储氢是指利用某些固体对于氢气的物 理吸附或化学反应，将氢气储存在固体材料中，再根据需要随时将氢气释放出来的储氢 技术。它解决了高压气态储氢和低温液态储氢需要苛刻高压、低温条件的问题，体积储 氢密度更高，安全性更好。3 月 25 日，国家重点研发计划中的固态储氢开发项目率先在 广州和昆明实现并网发电。这是我国首次利用光伏发电制成固态氢能并成功应用于电力 系统，对于推进可再生能源大规模制氢、加快建成新型电力系统具有里程碑意义。 固态储氢时，氢以分子、离子、原子等状态存在，有物理和化学两种机制。物理机制下， 氢以分子态与材料结合，而在化学机制下氢以离子键或共价键与其他组分结合，生成金 属氢化物、配位氢化物等。因此，固体储氢材料分为物理吸附型储氢材料、金属氢化物 储氢合金和配位氢化物储氢三种类型，其中金属氢化物因储氢质量密度较大、储氢体积 比高于高压和液化储氢、安全性好、氢气纯度高、可逆循环好，是近年来发展较快的固 体储氢方式。

氢气在金属氢化物储氢罐中以储氢合金的形式存在，储氢罐有四种形式。金属氢化物储 氢装置将储氢合金（一般为 AB5型、AB2 型、AB 型、镁系的储氢材料）以一定的方式装 填到容器内，利用储氢合金的可逆吸放氢能力，达到储存、净化氢气的目的。金属氢化 物储氢密度可达标准状态下氢气的 1000 倍，与液氢相当，甚至超过液氢，可应用于仪器 配套、燃料电池、半导体工业、保护气体、氢气净化等领域。金属氢化物储氢罐具有圆柱 形空腔、空腔内置气体导管、多腔室和蜂巢型四种结构。

镁基储氢材料，具有储氢量高、镁资源丰富以及成本低廉等优点，被认为是极具应用前 景的一类固态储氢材料。我国在镁资源方面非常有优势，全球大概 90%的镁都是生产于 中国，镁年产量占全球 85%以上，原料来源丰富且成本低。镁基固态储氢材料在吸氢时 是放热过程，不损耗能量，循环寿命长、常温常压储氢，具有较强的竞争能力和较好的 应用前景。目前，研究最多且产业化前景较好的镁基氢化物是 MgH2。镁在 300～400 ℃ 和较高氢压（2.4～40 MPa）的环境下可以直接与氢气反应生成 MgH2，MgH2具有性能稳 定的红晶石结构，而且它的质量密度和体积密度分别达到 7.6%和 110 kg/m3。

4.有机液体储氢：开发新型有机储氢介质是重点，目前处于研发阶段

有机液体储氢具有储氢容量大，应用安全、环保，可实现大规模、远距离运输的特点， 是一种可行的氢能储运方法。该储氢系统的工作原理为：对有机液体氢载体催化加氢， 储存氢能；通过存储设备将有机液体氢化物运输至目的地；在脱氢反应装置中催化脱氢， 释放氢气。不同有机液体储氢材料具有不同的物理性质，储氢量也各不相同，总的来说 有机液体储氢技术具有较高储氢密度，通过加氢、脱氢过程可实现有机液体的循环利用，成本相对较低。同时，常用材料（如环己烷和甲基环己烷等）在常温常压下即可实现储 氢，安全性较高。

有机液体储氢技术到实际应用仍需解决一系列技术瓶颈。首先，需要开发高转化率、高 选择性和稳定性的脱氧催化剂，以提高储氢效率和安全性。其次，脱氧反应是强吸热的 非均相反应，需要在低温高压条件下反应，脱氧催化剂在高温条件下容易发生孔结构破 坏、结焦失活等现象，不仅其活性随着反应的进行而降低，而且有可能因为结焦而造成 反应器堵塞，所以需要保证催化剂的反应条件得到持续满足。然后，脱氧过程也可能发 生副反应如氢解反应，使环状结构的氢化物转化成 C1~C5 的低分子有机物。如何减少副 反应的发生，提高氢气纯度，是亟待解决的技术难题。