胡永康

摘 要 本文综述了高压气态储氢、低温液态储氢和固态材料储氢等三种储氢方式的优缺点，并对未来储氢材料的发展趋势进行了展望。

关键词 储氢材料 储氢方式 储氢材料发展趋势

中图分类号：TQ116.2 文献标识码：A

0前言

氢气作为清洁能源已在电子、冶金、食品加工、化工、航空航天等领域广泛应用，其储存方式成为了当前的研究热点。氢单质有三种存在形式，在零下262癈下为固态，当温度在零上为气态，当温度与压强处于三相点和临界点之间的小区域为液态。根据氢的三种不同状态，可将储氢方式分为高压气态储氢、低温液态储氢和固态材料储氢三类。下面对三种储氢方式进行详细的介绍。

1高压气态储氢

由气体状态方程可知，当气体物质的量不变时，升高压强会减小气体体积，从而提高气体的密度。高压气态储氢具有简单易行、成本低、相对成熟、充放气速度快和使用温度低等优点，是一种较为成熟的储氢方式。但是它储量小、耗能大，需要耐压容器壁，存在氢气泄露与容器爆破等不安全因素。故寻找轻质、耐高压的储氢罐成为了高压气态储氢的关键。

2低温液态储氢

与高压气态储氢相比，低温液态储氢具有体积密度高和储氢量大等优点。在常温常压下，液态氢的密度是气态的845倍，故其储氢量大幅度提高。就质量与体积而言，液态储氢是一种理想的储氢方式。但是液态储氢有两个损耗环节：液化氢气与储存氢气。液化氢气需要消耗较大的冷却能量且损耗的能量约为储存氢气热值的一半，从而提高了储氢与放氢的成本。另外，液态储氢需要储存容器能耐低温且具有良好的绝热性能，以避免氢气的挥发。故降低液化与放氢的成本、研制耐低温且高度绝热的容器是低温液态储氢的待解决问题。

3固态材料储氢

固态储氢材料储氢是通过物理吸附作用或化学反应将氢气储存于固态材料中。与高压气态储氢、低温液态储氢相比，固态材料储氢具有体积储氢密度高、不需要高压容器和隔热容器、安全性好、无爆炸危险、可获得高纯度氢、操作方便等特点。根据储氫的原理，固态材料储氢可分为物理吸附储氢和化学吸附储氢。

3.1物理吸附储氢

物理吸附储氢主要是利用多孔材料与氢单质通过范德华力相互作用而储存氢气。在吸附过程中，氢以分子形式存在，一般不会解离成氢原子。而且，氢与材料以范德华力结合，这种结合力比较弱，仅在较低温度下储氢效果才明显。另外，这种材料储氢时，氢分子一般会吸附在多孔材料的孔道的表面。因此，材料的比表面积越大，其储氢量也越大。目前根据物理吸附作用而研制的材料有碳基材料、沸石分子筛、金属有机框架材料以及高分子聚合物等多孔材料。物理吸附储氢方式的缺点很明显，在常温常压下储氢材料与氢分子之间的范德华力很弱，致使氢气很容易逃离储氢材料而造成储氢量降低。

3.2化学吸附储氢

化学吸附储氢的原理是氢原子与储氢材料发生化学反应而形成稳定氢化物来实现氢气的存储。化学氢化物可以分为金属氢化物、轻质金属配位氢化物以及有机储氢等几种。与之前提到的几种储氢方式相比，化学吸附储氢具有质量密度和体积密度高等优点，是目前最有希望的储氢方式。但是化学储氢存在吸氢温度高、动力学差、可逆性差等缺点。

4未来储氢方式的发展趋势

综上所述，高压储氢对储存容器壁要求较高且具有危险性，低温液态储氢的成本较高，物理吸附储氢不牢固，无疑化学吸附储氢成为了未来最具有前景的储氢方式。在未来一段时间内，科研工作者的研究重心无疑会放在化学储氢的吸氢温度、动力学与可逆性等问题上。

参考文献

[1] Ross， D.Hydrogen storage： the major technological barrier to the development of hydrogen fuel cell cars. Vacuum 2006（80）：1084-1089.

[2] Fujii，H.Ichikawa，TRecent development on hydrogen storage materials composed of light elements. Physica B： Condensed Matter 2006（383）：45-48.

[3] 刘永锋，李超，高明霞，潘洪革.高容量储氢材料的研究进展[J].自然杂志，2011，33（01）：19-26.

[4] 刘光.新型高容量镁基复合储氢材料的制备及性能研究[D].天津：南开大学，2013.

[5] 孙大林.车载储氢技术的发展与挑战[J].自然杂志，2011，33（01）：13-18.

[6] 郑津洋，开方明，刘仲强等.高压氢气储运设备及其风险评价[J].太阳能学报，2006（11）：1168-1174.

[7] 卢金炼.高密度储氢材料设计与储氢机制研究[D].长沙：湘潭大学，2016.

[8] 陶占良，彭博，梁静，程方益等.高密度储氢材料研究进展[J].中国材料进展，2009，28（Z1）：26-40+66.

[9] 杨敏建.储氢材料中金属作用机理的研究[D].青岛：山东科技大学，2007.