近日，十四屆全國(guó)人大常委會(huì)在審議《中華人民共和國(guó)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(zhuǎn)型中的關(guān)鍵地位。隨著氫能產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，固態(tài)儲(chǔ)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(chǔ)氫技術(shù)？其原理又是什么呢？

氫氣，這種熱值高達(dá)石油三倍、煤炭四倍的清潔能源，在燃燒過程中無碳排放、無污染，同時(shí)具備高安全性和可再生性。然而，其儲(chǔ)運(yùn)問題一直困擾著科研人員。目前，傳統(tǒng)的儲(chǔ)氫方式主要包括高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫。

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

針對(duì)這些問題，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它通過金屬氫化物的形式，在低壓、常溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)氫氣的安全儲(chǔ)存。在吸氫過程中，氫分子附著在金屬表面，經(jīng)過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(kuò)散到金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)中形成金屬氫化物。而當(dāng)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(xiàn)，無疑為氫能的儲(chǔ)運(yùn)提供了新的解決方案。

圖1 固態(tài)儲(chǔ)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(chǔ)氫，其體積密度也僅為40kg/m3，遠(yuǎn)低于液態(tài)儲(chǔ)氫的70kg/m3。然而，采用金屬氫化物技術(shù)的固態(tài)儲(chǔ)氫，其氫氣體積密度可輕松超過80kg/m3。

在成本方面，隨著氫技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，如電解槽、燃料電池和儲(chǔ)存系統(tǒng)的優(yōu)化，制氫效率將得到提升，進(jìn)而降低制氫成本。對(duì)于長(zhǎng)期固定儲(chǔ)存而言，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)憑借其高密度氫能儲(chǔ)量、安全穩(wěn)定的儲(chǔ)存環(huán)境以及低維護(hù)成本等優(yōu)勢(shì)，相較于其他技術(shù)如電池等，更具競(jìng)爭(zhēng)力。

此外，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)在軍工與航空領(lǐng)域已有所應(yīng)用。例如，德國(guó)在2003年便開始探索將金屬化合物用于燃料電池的儲(chǔ)存單元，為潛艇提供動(dòng)力。配備金屬氫化物儲(chǔ)存裝置的燃料電池潛水艇，能在水下連續(xù)運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)14天，這比傳統(tǒng)電池混合動(dòng)力潛艇更為持久。

圖2 德國(guó)U212潛水艇內(nèi)部結(jié)構(gòu)（藍(lán)色部分為固氫燃料電池）

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

圖3 氫電池工業(yè)叉車

在儲(chǔ)能領(lǐng)域，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)也取得了重要進(jìn)展。一家國(guó)外能源機(jī)構(gòu)成功研發(fā)出適用于工業(yè)領(lǐng)域的氫能電源。其熱驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以一個(gè)裝滿金屬合金粉末的容器為儲(chǔ)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(kuò)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℃。通過回收廢熱，這一設(shè)計(jì)顯著降低了設(shè)備的運(yùn)營(yíng)成本。

相較于氣態(tài)和液態(tài)氫在交通運(yùn)輸中面臨的苛刻存儲(chǔ)條件、安全性和成本問題，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢(shì)。其高儲(chǔ)氫密度、低運(yùn)行壓力以及出色的安全性能，使它非常適合用于建立儲(chǔ)氫站和大型氫能源運(yùn)輸設(shè)備。去年，廣東已建成國(guó)內(nèi)首座固態(tài)氫儲(chǔ)能加氫站，預(yù)示著這一技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)的普及應(yīng)用即將展開。

圖4 國(guó)內(nèi)首個(gè)應(yīng)用固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能型加氫站

固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)，這一突破氫儲(chǔ)運(yùn)瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)，正日益受到廣泛關(guān)注與應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與多樣化應(yīng)用場(chǎng)景的拓展，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)正為氫能產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，助力全球能源結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型。在國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)中，英國(guó)GKN公司等企業(yè)正積極投身于固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。
GKN Hydrogen，這家專注于金屬氫化物技術(shù)的能源與氫氣存儲(chǔ)系統(tǒng)制造商，致力于引領(lǐng)綠色氫能儲(chǔ)存技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，以推動(dòng)全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型。該部門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(xiàn)當(dāng)前及未來的零排放目標(biāo)。此外，挪威的HYSTORSYS公司也在固態(tài)儲(chǔ)氫領(lǐng)域展現(xiàn)出卓越的技術(shù)實(shí)力。
HYSTORSYS，這家專注于金屬氫化物技術(shù)的氫氣壓縮機(jī)供應(yīng)商，隸屬于深耕該領(lǐng)域的能源技術(shù)研究所IFE機(jī)構(gòu)，展現(xiàn)了其在固態(tài)儲(chǔ)氫領(lǐng)域的深厚實(shí)力。同時(shí)，法國(guó)的MAHYTEC公司也在氫能技術(shù)方面有著不俗的成就。
MAHYTEC，這家專注于壓縮儲(chǔ)氫與固氫儲(chǔ)存技術(shù)的研究與生產(chǎn)公司，已經(jīng)開發(fā)出成熟的集成氫鏈儲(chǔ)能系統(tǒng)，彰顯了其在氫能技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。同時(shí)，洛達(dá)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(dá)氫能，作為全球領(lǐng)先的綠色儲(chǔ)氫系統(tǒng)開發(fā)與生產(chǎn)公司，秉承專業(yè)材料科學(xué)與工程知識(shí)，致力于滿足未來氫能社會(huì)與現(xiàn)有能源轉(zhuǎn)型的迫切需求。公司專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(xiàn)高密度氫能的安全儲(chǔ)存，引領(lǐng)全球邁向更可持續(xù)的能源未來。