近日，十四屆全國人大常委會(huì )在審議《中華人民共和國能源法（草案）》時(shí)，明確將氫能納入其中，彰顯了氫能在全球能源轉型中的關(guān)鍵地位。隨著(zhù)氫能產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，固態(tài)儲氫技術(shù)因其安全、高效的特點(diǎn)而備受關(guān)注。那么，究竟什么是固態(tài)儲氫技術(shù)？其原理又是什么呢？

氫氣，這種熱值高達石油三倍、煤炭四倍的清潔能源，在燃燒過(guò)程中無(wú)碳排放、無(wú)污染，同時(shí)具備高安全性和可再生性。然而，其儲運問(wèn)題一直困擾著(zhù)科研人員。目前，傳統的儲氫方式主要包括高壓氣態(tài)儲氫和低溫液態(tài)儲氫。

高壓氣態(tài)儲氫雖然簡(jiǎn)便，但存在“氫脆”現象和對儲氫罐體材質(zhì)、工藝的高要求，且儲氫量相對較低，安全性也存在隱患。低溫液態(tài)儲氫則需在-252.8℃環(huán)境下長(cháng)期儲存，技術(shù)難度大、耗能高且成本不菲，使用和運輸同樣困難重重。

針對這些問(wèn)題，固態(tài)儲氫技術(shù)應運而生。它通過(guò)金屬氫化物的形式，在低壓、常溫環(huán)境下實(shí)現氫氣的安全儲存。在吸氫過(guò)程中，氫分子附著(zhù)在金屬表面，經(jīng)過(guò)一定的溫度和壓力條件，氫鍵斷裂并解離成氫原子，這些原子進(jìn)一步擴散到金屬內部結構中形成金屬氫化物。而當需要釋放氫氣時(shí)，只需加熱到特定溫度即可。這種技術(shù)的出現，無(wú)疑為氫能的儲運提供了新的解決方案。

圖1 固態(tài)儲氫的原理

從能量密度角度出發(fā)，即便是在700 Bar高壓下壓縮的氣態(tài)儲氫，其體積密度也僅為40kg/m3，遠低于液態(tài)儲氫的70kg/m3。然而，采用金屬氫化物技術(shù)的固態(tài)儲氫，其氫氣體積密度可輕松超過(guò)80kg/m3。

在成本方面，隨著(zhù)氫技術(shù)的持續改進(jìn)，如電解槽、燃料電池和儲存系統的優(yōu)化，制氫效率將得到提升，進(jìn)而降低制氫成本。對于長(cháng)期固定儲存而言，固態(tài)儲氫技術(shù)憑借其高密度氫能儲量、安全穩定的儲存環(huán)境以及低維護成本等優(yōu)勢，相較于其他技術(shù)如電池等，更具競爭力。

此外，固態(tài)儲氫技術(shù)在軍工與航空領(lǐng)域已有所應用。例如，德國在2003年便開(kāi)始探索將金屬化合物用于燃料電池的儲存單元，為潛艇提供動(dòng)力。配備金屬氫化物儲存裝置的燃料電池潛水艇，能在水下連續運行長(cháng)達14天，這比傳統電池混合動(dòng)力潛艇更為持久。

圖2 德國U212潛水艇內部結構（藍色部分為固氫燃料電池）

隨著(zhù)科技的進(jìn)步，固態(tài)儲氫技術(shù)正逐漸走進(jìn)民用領(lǐng)域。盡管固態(tài)儲氫裝置的重量是氣態(tài)儲氫罐的數倍，這在便攜式設備上可能并非最佳選擇，但在重型機械方面卻成為了一個(gè)顯著(zhù)的優(yōu)勢。例如，在工業(yè)叉車(chē)上，固態(tài)儲氫電池可巧妙地作為所需的配重。相較于傳統的高壓氫氣罐驅動(dòng)的氫能叉車(chē)，新型的固態(tài)儲氫槽不僅顯著(zhù)提升了安全性，還大幅增加了攜帶的氫能。

圖3 氫電池工業(yè)叉車(chē)

在儲能領(lǐng)域，固態(tài)儲氫技術(shù)也取得了重要進(jìn)展。一家國外能源機構成功研發(fā)出適用于工業(yè)領(lǐng)域的氫能電源。其熱驅動(dòng)系統以一個(gè)裝滿(mǎn)金屬合金粉末的容器為儲存單元，這種粉末具有更大的表面積，從而加速了氫氣向金屬中的擴散。在吸收氫氣時(shí)，該裝置需冷卻至15℃，而在釋放氣體時(shí)，僅需加熱至95℃。通過(guò)回收廢熱，這一設計顯著(zhù)降低了設備的運營(yíng)成本。

相較于氣態(tài)和液態(tài)氫在交通運輸中面臨的苛刻存儲條件、安全性和成本問(wèn)題，固態(tài)儲氫技術(shù)展現出了顯著(zhù)優(yōu)勢。其高儲氫密度、低運行壓力以及出色的安全性能，使它非常適合用于建立儲氫站和大型氫能源運輸設備。去年，廣東已建成國內首座固態(tài)氫儲能加氫站，預示著(zhù)這一技術(shù)在全國范圍內的普及應用即將展開(kāi)。

圖4 國內首個(gè)應用固態(tài)儲氫技術(shù)的電網(wǎng)側儲能型加氫站

固態(tài)儲氫技術(shù)，這一突破氫儲運瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)，正日益受到廣泛關(guān)注與應用。隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步與多樣化應用場(chǎng)景的拓展，固態(tài)儲氫技術(shù)正為氫能產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展奠定堅實(shí)基礎，助力全球能源結構的綠色轉型。在國內外眾多研究機構中，英國GKN公司等企業(yè)正積極投身于固態(tài)儲氫技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng )新。
GKN Hydrogen，這家專(zhuān)注于金屬氫化物技術(shù)的能源與氫氣存儲系統制造商，致力于引領(lǐng)綠色氫能儲存技術(shù)的創(chuàng )新與發(fā)展，以推動(dòng)全球能源結構的轉型。該部門(mén)提供全面的清潔能源管理解決方案，助力全球的領(lǐng)先企業(yè)和創(chuàng )新者實(shí)現當前及未來(lái)的零排放目標。此外，挪威的HYSTORSYS公司也在固態(tài)儲氫領(lǐng)域展現出卓越的技術(shù)實(shí)力。
HYSTORSYS，這家專(zhuān)注于金屬氫化物技術(shù)的氫氣壓縮機供應商，隸屬于深耕該領(lǐng)域的能源技術(shù)研究所IFE機構，展現了其在固態(tài)儲氫領(lǐng)域的深厚實(shí)力。同時(shí)，法國的MAHYTEC公司也在氫能技術(shù)方面有著(zhù)不俗的成就。
MAHYTEC，這家專(zhuān)注于壓縮儲氫與固氫儲存技術(shù)的研究與生產(chǎn)公司，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出成熟的集成氫鏈儲能系統，彰顯了其在氫能技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。同時(shí)，洛達氫能裝備發(fā)展有限公司也在不斷推進(jìn)氫能裝備的研發(fā)與創(chuàng )新。
洛達氫能，作為全球領(lǐng)先的綠色儲氫系統開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)公司，秉承專(zhuān)業(yè)材料科學(xué)與工程知識，致力于滿(mǎn)足未來(lái)氫能社會(huì )與現有能源轉型的迫切需求。公司專(zhuān)注于金屬氫化物技術(shù)，力求在低壓和環(huán)境溫度下實(shí)現高密度氫能的安全儲存，引領(lǐng)全球邁向更可持續的能源未來(lái)。