固态储氢技术具有稳定、载量大的优势，金属氢化物有望率先突破技术难点
思瀚产业研究院    2024-05-24

固态储氢是指在一定温度、压力等条件下，利用固态储氢材料实现可逆存储与释放氢气的技术。固态储氢主要分为物理吸附储氢和化学储氢两种形式，具有体积储氢密度高、吸放氢条件温和、可逆性和循环寿命高、安全性好、供氢纯度高等特点。

物理吸附材料储氢是指通过范德华力将氢气分子吸附在固体表面，由于吸附作用较弱，物理吸附储氢系统在环境条件下通常比较稳定。

物理吸附储氢可利用的材料较多，其中活性炭因其多孔结构和高比表面积而成为一种传统且广泛使用的物理吸附材料，是氢储存的理想介质；碳纳米管因其独特的结构和优异的机械性能而受到极大关注；金属-有机框架（MOFs）作为一种新兴材料，具有极高的比表面积（高达 7000 m2/g）和可调的孔结构，成为物理吸附氢储存领域最有前景的材料之一；此外，一类被称为共价有机框架（COFs）的新兴材料与 MOFs 在结构上具有相似之处，因此也被认为具有物理吸附氢储存应用的潜力。

通常物理吸附材料的高比表面积和多孔结构有助于提高氢气的吸附量，且物理吸附储氢通常在接近环境的温度和压力下进行，部分材料（如活性炭等）成本低廉，为高效、安全的氢储存和利用提供了更多的途径。然而，物理吸附材料在环境温度和压力下的氢储存容量（<2 wt.%）对它们在固态氢储存系统中的应用依然存在限制。

化学储氢材料种类较多，主要包括金属氢化物、复合氢化物等。其中，金属氢化物因其高氢储存容量和良好的循环稳定性而成为研究和应用前景最广泛、最深入的材料类型。根据化学组成，金属氢化物可以进一步细分为 AB5 型（如 LaNi5）、AB2 型（如 ZrV2）、AB 型（如 TiFe）、A2B 型（如 Mg2Ni）等。

它们通常由一个具有强烈吸氢活性的元素（A）和一个吸氢活性较弱的元素（B）组成。在脱氢过程中，这两种元素协同作用，调节氢的结合力。A 通常选自稀土元素（如 La、Ce）、镁（Mg）、钛（Ti）等，而 B 则选自过渡金属（如 V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni）。复合氢化物指的是含有配位键的复合氢化物，如氨硼烷（NH3BH3）、锂硼氢化物（LiBH4）等，它们通过配体与金属中心的相互作用形成多步可逆脱氢反应，但通常需要在 200°C 以上的环境中进行脱氢。