我国固态储氢技术处于全球第一梯队,部分领域全球领先

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摘要:《报告》着眼于我国氢能全产业链技术发展现状与趋势,围绕氢能“制储输用”各关键环节,从技术发展现状、不同技术路线对比、核心技术与关键装备水平、国内外技术水平比较等方面进行了全面梳理,并立足全球氢能技术前沿发展方向与我国氢能产业发展实际需要,分析并提出了我国氢能全

由中国产业发展促进会氢能分会(简称“氢能促进会”)联合30余家氢能产业龙头企业和科研院校共同编写的《中国氢能技术发展研究报告2024》(简称《报告》)近日在京发布。

《报告》着眼于我国氢能全产业链技术发展现状与趋势,围绕氢能“制储输用”各关键环节,从技术发展现状、不同技术路线对比、核心技术与关键装备水平、国内外技术水平比较等方面进行了全面梳理,并立足全球氢能技术前沿发展方向与我国氢能产业发展实际需要,分析并提出了我国氢能全产业链各环节关键技术发展方向的科学建议。

根据《报告》,固态储氢技术具有储氢密度大、操作压力低等特点,近年来受到了国内外的广泛关注。

固态储氢技术根据材料可分为金属储氢材料和非金属储氢材料两类。金属储氢材料主要包括以LaNi5合金为代表的AB5型合金、以TiCr2、TiMn2合金为代表的AB2型、以LaMg2Ni9合金为代表的AB3型、以TiFe合金为代表的AB型以及V基固溶体、Mg基储氢合金等。非金属储氢材料主要包括碳纳米管、介孔材料、金属有机框架(MOFS)材料等。目前,实现产业化应用的材料主要包括AB型钛铁系、AB2型钛锰系、AB5型稀土储氢材料和Mg基储氢合金等。

根据储氢原理,固态储氢技术还可分为物理吸附储氢和化学储氢。物理吸附储氢利用碳纳米管等储氢材料高比表面积和高微孔容积等结构特点实现氢气储运。化学储氢技术则是利用一定温度和压力下,氢气与储氢载体发生的可逆反应,实现氢气的储存与释放。整体来看,化学储氢技术已进入示范应用阶段,物理吸附储氢技术则仍处于研究阶段。

《报告》指出,AB5型稀土系、AB型钛铁系、AB2型钛锰系、V基固溶体和Mg系储氢材料是目前较为成熟固态储氢材料,上述材料的理论最大质量储氢密度分别为1.5wt%、1.8wt%、2.0wt%、3.8wt%和7.6wt%,其中MgH2/Mg体系因储氢密度高、储量丰富、原料成本相对低廉被认为是最有潜力的固态储氢材料之一。但在具备较为理想的储氢密度的同时,MgH2/Mg体系放氢温度较高(需300℃以上),故能耗较高;AB5型稀土系与AB型钛铁系放氢温度较为温和(20℃左右),但储氢密度较低。

此外,由Li、B、N、Mg和Al等轻质元素组成的金属氢化物也显示出巨大潜力。因此,开发储氢密度高、充放氢温度适中、原材料成本低的轻质储氢材料是金属固态储氢技术研究的核心。除储氢材料外,储氢合金床体的高密度、高稳定装填也是影响储氢装置储氢容量和吸放氢速率的关键因素,将直接影响储氢装置的使用性能。

《报告》显示,我国固态储氢材料与装备已具备全流程国产化开发能力,并在相关领域开展了示范应用。据不完全统计,截至2024年4月,全球固态储氢技术相关专利约2.4万件,中国是全球固态储氢专利数量授权最多的国家,占全球固态储氢领域专利授权总量的约39%,美国和日本的固态储氢领域专利授权占比分别为21%和19%。整体来看,我国在固态储运氢技术方面与国际先进水平保持同步,在Ti系、Mg系等储氢材料研发和产业化方面具有一定的优势。

来源:能源发展与政策

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