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固態(tài)儲氫技術(shù)具有穩(wěn)定、載量大的優(yōu)勢，金屬氫化物有望率先突破技術(shù)難點(diǎn)
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-05-24

固態(tài)儲氫是指在一定溫度、壓力等條件下，利用固態(tài)儲氫材料實(shí)現(xiàn)可逆存儲與釋放氫氣的技術(shù)。固態(tài)儲氫主要分為物理吸附儲氫和化學(xué)儲氫兩種形式，具有體積儲氫密度高、吸放氫條件溫和、可逆性和循環(huán)壽命高、安全性好、供氫純度高等特點(diǎn)。

物理吸附材料儲氫是指通過范德華力將氫氣分子吸附在固體表面，由于吸附作用較弱，物理吸附儲氫系統(tǒng)在環(huán)境條件下通常比較穩(wěn)定。

物理吸附儲氫可利用的材料較多，其中活性炭因其多孔結(jié)構(gòu)和高比表面積而成為一種傳統(tǒng)且廣泛使用的物理吸附材料，是氫儲存的理想介質(zhì)；碳納米管因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的機(jī)械性能而受到極大關(guān)注；金屬-有機(jī)框架（MOFs）作為一種新興材料，具有極高的比表面積（高達(dá) 7000 m2/g）和可調(diào)的孔結(jié)構(gòu)，成為物理吸附氫儲存領(lǐng)域最有前景的材料之一；此外，一類被稱為共價(jià)有機(jī)框架（COFs）的新興材料與 MOFs 在結(jié)構(gòu)上具有相似之處，因此也被認(rèn)為具有物理吸附氫儲存應(yīng)用的潛力。

通常物理吸附材料的高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)有助于提高氫氣的吸附量，且物理吸附儲氫通常在接近環(huán)境的溫度和壓力下進(jìn)行，部分材料（如活性炭等）成本低廉，為高效、安全的氫儲存和利用提供了更多的途徑。然而，物理吸附材料在環(huán)境溫度和壓力下的氫儲存容量（<2 wt.%）對它們在固態(tài)氫儲存系統(tǒng)中的應(yīng)用依然存在限制。

化學(xué)儲氫材料種類較多，主要包括金屬氫化物、復(fù)合氫化物等。其中，金屬氫化物因其高氫儲存容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性而成為研究和應(yīng)用前景最廣泛、最深入的材料類型。根據(jù)化學(xué)組成，金屬氫化物可以進(jìn)一步細(xì)分為 AB5 型（如 LaNi5）、AB2 型（如 ZrV2）、AB 型（如 TiFe）、A2B 型（如 Mg2Ni）等。

它們通常由一個(gè)具有強(qiáng)烈吸氫活性的元素（A）和一個(gè)吸氫活性較弱的元素（B）組成。在脫氫過程中，這兩種元素協(xié)同作用，調(diào)節(jié)氫的結(jié)合力。A 通常選自稀土元素（如 La、Ce）、鎂（Mg）、鈦（Ti）等，而 B 則選自過渡金屬（如 V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni）。復(fù)合氫化物指的是含有配位鍵的復(fù)合氫化物，如氨硼烷（NH3BH3）、鋰硼氫化物（LiBH4）等，它們通過配體與金屬中心的相互作用形成多步可逆脫氫反應(yīng)，但通常需要在 200°C 以上的環(huán)境中進(jìn)行脫氫。