摘要:内容概要:储氢合金作为氢能储运核心材料,凭借其高安全性、高体积储氢密度及长周期循环稳定性,在氢能产业中占据关键地位。其通过金属与氢气的可逆化学反应实现固态储氢,技术路径区别于高压气态与低温液态储氢。中国依托稀土资源禀赋与政策强力驱动,已构建“上游资源垄断—中游
内容概要:储氢合金作为氢能储运核心材料,凭借其高安全性、高体积储氢密度及长周期循环稳定性,在氢能产业中占据关键地位。其通过金属与氢气的可逆化学反应实现固态储氢,技术路径区别于高压气态与低温液态储氢。中国依托稀土资源禀赋与政策强力驱动,已构建“上游资源垄断—中游技术迭代—下游场景多元”的完整产业链:上游以稀土、镁基资源形成卡位优势,中游企业通过真空感应熔炼等工艺突破高容量、低成本镁基合金技术,下游在新能源汽车、储能等领域加速渗透,形成全产业链协同创新模式。当前,全球储氢合金市场呈现稀土基主导、镁基/钛基及固态材料加速迭代的格局,中国在技术突破(如2000次循环寿命的镁基模块、3.5wt%吸氢量的BCC合金)与专利布局(覆盖材料设计、制备工艺全链条)上持续领跑。未来,行业将围绕技术、产业、国际竞争三大维度突破:技术上聚焦多元合金体系研发与微观结构优化,产业上通过并购重组与协同创新打造全链条集群,国际竞争中依托规模优势与知识产权布局融入全球产业链,最终实现从“资源驱动”向“技术-标准-生态”全方位领先的跨越式发展。
上市企业:北方稀土(600111.SH)、厦门钨业(600549.SH)、宝武镁业(002182.SZ)、中材科技(002080.SZ)、有研新材(600206.SH)、中科三环(000970.SZ)、安泰科技(000969.SZ)、宁波韵升(600366.SH)
相关企业:中国有研科技集团有限公司、上海镁源动力科技有限公司、上海氢枫能源技术有限公司、乐蔚氢能科技(禹城)有限公司、包头中科轩达新能源科技有限公司、江西江钨浩运科技有限公司
关键词:氢能、储氢合金、镁系合金、稀土系合金、钛系合金、储氢合金政策、储氢合金行业产业链、储氢合金发展现状、储氢合金行业技术专利、储氢合金发展趋势
一、储氢合金行业相关概述
储氢合金(Hydrogen Storage Alloy,HSA)是一类能够在通常条件下可逆地大量吸收和释放氢气的特殊功能材料。这类材料通过化学键作用与氢气发生反应,形成金属氢化物(一种固态化合物),从而实现对氢的安全、高效储存和释放。从材料科学的角度来看,具有实用意义的储氢材料通常是两种特定金属的金属间化合物,或为改善性能通过合金化构成的三元或多元合金。这两种金属中,一种能够大量吸氢,形成稳定的氢化物,作为储氢的基础;另一种与氢的亲和力小,但能使合金易于吸氢和放氢。
储氢合金的工作原理基于其与氢气的可逆化学反应。当氢气与金属或金属合金接触时,氢气分子(H₂)在合金表面分解为氢原子(H),随后这些氢原子进入金属晶格的间隙中,与金属原子相互作用形成化学键,从而实现氢的储存。当需要释放氢气时,通过加热或降低压力等手段打破这种化学键,氢原子重新结合为分子并从金属表面释放出来。这一过程使得储氢合金能够以固体形式安全地储存氢气,这是与高压气态储氢和低温液态储氢截然不同的技术路径。
目前主流的储氢方式主要有三种:高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢合金储氢。高压气态储氢技术最为成熟,成本相对较低,但存在能耗高、储氢密度有限和安全隐患的缺点;低温液态储氢具有很高的能量密度,但需要极低温环境(-253℃),氢气液化能耗极高且存在持续的蒸发损失问题;而固态储氢合金储氢则通过化学吸附将氢原子存入金属晶格中,其安全性最高、体积储氢密度最大,且无需高压或极低温条件,但其主要劣势在于重量储氢密度较低、材料成本较高以及吸放氢可能需要一定的热管理。三种方式各有优劣,分别适用于车辆运输、航天军工和固定式储能等不同应用场景。
固态储氢技术路线主要可分为金属氢化物(储氢合金),配位氢化物,碳材料,金属有机骨架材料(MOFs)和水合物储氢等。金属氢化物(储氢合金)为固态储氢主流技术路线,涉及材料包括镁系、钛系、钒系、稀土系及复合储氢合金等。
储氢合金的技术参数差异显著:从储氢容量来看,镁系合金(如Mg₂Ni)最高,可达5.6-7.6wt%,但需要在250-350℃的高温下工作且动力学性能较差;稀土系(如LaNi₅)和钛系(如TiFe)容量适中(1.2-2.0wt%),但前者活化容易、动力学性能优良,后者则成本低廉却难以活化;Laves相合金(如ZrMn₂)容量较高(1.8-2.4wt%),寿命长,但其氢化物在室温下过于稳定,脱氢困难。总体而言,储氢容量、工作条件(温度/压力)和动力学性能之间往往存在制约关系,需要根据具体应用场景权衡选择。
储氢合金的制备方法直接决定了其微观结构、成分均匀性及最终的吸放氢性能。目前制备储氢合金方法主要包括高温熔炼法、氢化燃烧法、机械合金化法、扩散法、沉积法、自剪切反应、熔融纺丝法和共沉淀还原法等。其中,高温熔炼法工艺成熟、易于规模化,但能耗高且成分易偏析;机械合金化法能制备出纳米晶或非晶结构,显著改善合金动力学性能,但效率较低且易引入杂质;氢化燃烧法和扩散法则适用于合成高熔点或热力学上难以形成的合金相。而沉积法(如磁控溅射、电沉积)主要用于制备薄膜材料或进行表面改性,用于基础研究或特殊微型器件。各类方法在工艺复杂度、能耗、产物性能及适用场景上各有侧重,需根据实际应用需求选择适配方案。
二、中国储氢合金行业发展背景
氢气作为清洁低碳、高效可再生的二次能源,是构建新型能源体系与实现“双碳”目标的关键载体,而储氢合金因其高安全性、高体积储氢密度及长周期循环稳定性,已成为氢储运行业不可或缺的核心材料与技术支撑。中国政府将氢能产业上升至国家战略高度,通过系统性政策布局推动全链条技术突破与规模化应用:从顶层设计层面出台《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》等纲领性文件,明确氢能战略定位与发展路径;针对储氢合金等关键材料,制定《固态储氢用稀土系储氢合金》行业标准,规范技术研发与产品认证;通过《加快工业领域清洁低碳氢应用实施方案》等专项政策,加速储氢合金在交通、储能、工业等场景的示范应用;并在《2025年能源行业标准计划立项指南》中优先支持氢储运标准研制,形成覆盖技术创新、产业落地、标准体系的政策闭环,为储氢合金行业高质量发展构建了全方位政策保障体系。
三、中国储氢合金行业产业链
中国储氢合金行业产业链呈现“上游资源垄断、中游技术迭代、下游场景多元”的特征:上游以稀土和镁基资源为核心,中国凭借全球80%的稀土储量和榆林等地的镁资源形成资源卡位优势,但镧、镍等原材料价格波动显著影响成本。中游有厦门钨业、中国稀土集团等企业,它们通过真空感应熔炼、粉末冶金等工艺将原材料加工成储氢合金产品,并且在技术研发上取得了进展,如开发出新一代高容量、低成本、长循环寿命的镁基贮氢合金。下游应用领域广泛,涵盖新能源汽车、燃料电池、储能系统和工业用氢等,随着氢能产业的发展,贮氢合金在这些领域的应用不断拓展,产业链上下游企业建立了紧密的合作关系,形成了全产业链协同创新模式。
注:本文节选出自智研咨询发布的《趋势2025!中国储氢合金行业基本原理、技术路线、产业链全景、技术创新及未来发展前景分析:资源优势巩固行业地位,创新引领打开市场空间[图]》行业分析文章,如需获取行业文章全部内容,可进入智研咨询官网搜索查看。
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本《报告》从2025年全国储氢合金行业发展环境、整体运行态势、运行现状、进出口、竞争格局等角度进行入手,系统、客观的对我国储氢合金行业发展运行进行了深度剖析,展望2025年中国储氢合金行业发展趋势。《报告》是系统分析2025年度中国储氢合金行业发展状况的著作,对于全面了解中国储氢合金行业的发展状况、开展与储氢合金行业发展相关的学术研究和实践,具有重要的借鉴价值,可供从事储氢合金行业相关的政府部门、科研机构、产业企业等相关人员阅读参考。
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来源:智研咨询一点号
