固体储氢材料的研究综述

氢法 是利 用低 温 技 术 将 氢气 液 化 后 ， 储 存 在 特 殊容
器 内． 该方 法具 有储 氢体 积密 度 高 、 容 器体积 小 等优 点， 缺点是 液 化 过 程 能 耗 高 （ 约 占储 氢 能 量 的 ２ ５
～
熟， 且 能量 利 用效 率 已远远 超越 汽 油 内燃 机［ ２ ］ ． 用 氢 作为 汽车 动力 的来 源 越 来 越 受 重视 ， 交 通 运输 业 将 是氢 能 的一个 主要 应 用领域 ［ ５ ］ ． 然而 ， 氢是 所 有元 素
前氢 气 的规模 化 制备 主要 通过 石 油裂解 和 天然 气 重
整等 技术 实 现． 未 来还 可 以利 用太 阳能 光解 ／ 电解 水 或生 物制 氢 等技 术 来 生 产 氢 气． 氢 能 利 用 技 术 主 要
有氢 燃料 电池 和 氢 内燃 机 ， 氢 内燃 机 技 术 已基 本 成
固体 储 氢 材 料 的 研 究 综 述 ＊
张 四 奇
广东省稀有 金属研究所 ， 广东省 稀土开发及应用重点实验室 ， 广东 广州 ５ １ ０ ６ ５ ０
摘 要 ： 氢能是替代化 石燃料的首选新能源之一 ， 氢气的安全 、 经济 、 高 效 储 存 是 制 约 氢 能 推 广 应 用 的技
动力 ． 工 业革 命 以来 ， 能 源 技 术 取 得 了 突破 性 进 展 ，
因 而人类 社会 得 以快 速发 展． 当前 ， 人们 开 发利 用 的
主要 能 源 是 化 石燃 料 ， 包括煤 、 石 油 和 天 然气 等 ． 这 些 能源存 在 一些 问题 ： 一 方 面化 石 燃 料 具 有 不 可再 生 的特点 ， 随 着人 们消 耗能 源速 度 的加快 ， 化 石 燃料
能 的开 发利 用 是 一个 有 机 的 系统 工 程 ， 主要 Fra Baidu bibliotek 括 氢
１ 储 氢 技 术 概 述
氢的储 存技 术可 以分 为三 类 ： 气态、 液态 和 固态 储 氢［ ６ ］ ． 气态 储氢 是将 氢气 压缩后 储 存在 高 压容 器 中， 储存压力一般是 １ ０ ～１ ５ ＭＰ ａ ． 气 态 储 氢 的 优 点 是 充放 氢 速 度 快 ， 成本 较 低 ， 缺 点 是储 氢 量 小 ， 充 满 １ ５ ＭＰ ａ氢气 的标 准高 压 钢 瓶 的储 氢 量 （ 质量 分 数 ） 仅为 １ ． ０ Ａ ｏ， 并 且 在 运 输 和 使 用 过 程 中存 在 氢 气 泄 漏、 容器 破裂 或爆 炸 的危险 ， 安全 性差 ． 此外 ， 在 氢 气
终 有 一天会 枯 竭 ； 另一 方 面 ， 化 石燃 料在 使用 过 程会
心 问题 ， 其 关 键是 开发 合适 的储 氢技术 ， 使其 具 有 足
够 的质量 与体 积 储 氢 密 度 ， 并 能够 使 氢 在 温 和 的条 件下 可控 制地 释放 Ｌ ２ ］ ．
产 生 一系 列 的环 境 问 题 ， 包 括 环 境 污 染 和 全球 变 暖 等， 将 对人 类 的生存 造 成威 胁［ １ ］ ． 氢能原 料 来源 广 泛 、 对 环 境 无 污 染 并 且 能 量 转 换 效率 高 ， 是替 代化 石燃 料 的首 选新 能源 之 一［ ２ ］ ． 氢
作者简 介： 张 四奇 （ １ ９ ６ ０ 一 ） ， 男 河 北 省 冀 州 人 ， 工程师 ， 本科．
２ １ ２
材
料
研
究
与
应
用
险ｒ ｚ “ ］ ． 固体储 氢技 术 是利用 氢 气与储 氢 材料 通过 物 理 或化 学方 式 结 合来 实 现氢 气 的储 存 ， 能 有 效 克 服
气、 液 两 种储 存 方 式 的 不 足 ， 而且 储 氢 密 度 大 、 安 全 性高、 运 输 方便 ， 特别 适合 在氢 能 汽车上 使 用． 因此 ， 固体储 氢 引起 了人 们 特 别 的关 注 ， 成 为 目前 储 氢 技
术瓶 颈． 固体 储 氢 是 最 有 发 展 前 景 的 储 氢 技 术 ， 本 文 综 述 了 主 要 固 体 储 氢 材 料 的优 缺 点 ， 总 结 了 现 有 的
研究状 况 ， 并 展 望 了未 来 储 氢 材 料 的 发 展 方 向．
关键词 ： 氢能 ； 储 氢材料 ； 储氢合 金 ； 固体 储 氢
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｋ９ １ 文献标识码 ： Ａ
能 源为 现代 社会 的正 常运 转 和持续 发 展提 供 了
中最 轻 的 ， 在 常温 常压 下 为气 态 ， 氢 气 的 密 度 为 ０ ． ０ ８ ９ ９ ｋ ｇ ／ ｍ。 ， 是水 的万 分之 一． 如 何将 氢在 常温 常 压 下安全 有效 地储 存 和运输 成 为制约 氢能 利用 的 核
压 缩 的过 程 中 ， 需要 消耗 大 量 的压 缩 功［ １ ． ４ ］ ． 液 态储
的 生产 、 应用、 储 存及 运输 几 大关 键技 术口 ］ ．
目前氢 的生 产 和 应 用 已有相 当成 熟 的技 术 ， 制
约氢 能 推广 应 用 的技 术 瓶 颈 在 于 氢 气 的储 存 ［ ４ ］ ． 目
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７ 一 ｌ Ｏ 一 ３ ｏ ＊基金 项 目 ： 稀有 金 属 冶 金 及 功 能 材 料 开 发 （ ２ ０ １ ７ ＧＤＡＳ Ｃ Ｘ－ －０ １ １ ０ ）
４ ５ ） ， 储存 的容 器 需 要 具 有 非 常好 的绝 热 性 能 ，
因而 成本 高 昂 ； 同时 ， 液 态储 氢也存 在一 定 的泄 漏风
第 ｌ １ 卷
第 ４期
材
料
研
究
与
应
用
Ｖｏ１ ．１ １， ＮＯ ． ４
Ｄｅ ｃ ．２ ０ １ ７
２ ０ １ ７年 １ ２月
Ｍ ＡＴ ＥＲ Ｉ Ａ ＬＳ ＲＥＳＥＡ ＲＣＨ ＡＮ Ｄ Ａ ＰＰＬＩ ＣＡＴ １ ０Ｎ
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ９ ８ １ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ４ — ０ ２ １ １ — ０ ６