固态储氢技术基本介绍
我国氢能产业具备长期发展潜力
根据预测，在2030年碳达峰愿景下，我国氢气的年需求量预期达到3,715万吨，在终端能源消费中占比约为5%；可再生氢产量约为500万吨，部署电解槽装机约80GW。在2060年碳中和愿景下，我国氢气的年需求量将增至1∙3亿吨左右,在终端能源消费中占比约为20%。其中，工业领域用氢占比仍然最大，约7,794万吨，占氢总需求量60%；交通运输领域用氢4,051万吨，建筑领域用氢585万吨，发电与电网平衡用氢600万吨。
储氢——气、液、固三种方式
气态储氢技术通过高压是将氢气压缩于高压容器中，来实现氢气的储存，通常由钢、铝、碳/玻璃纤维、高分子材料等制成。
高压气态储氢技术成熟，应用广泛。目前高压气态储氢技术主要应用在运输领域，加氢站和燃
料电池车上均应用高压储氢瓶作为储氢装置。加氢站通常使用纯钢制造的I型瓶和I1型瓶（钢制内胆，纤维环向缠绕），工作压力在17530MPa,体积较大。加氢站配置25Okg的储氢装置成本约为170-200万元以上，折合单位储氢价格约为6000-8000元/公斤。车载储氢瓶主要分I11型瓶和IV型瓶两种。川型瓶压强为35MPa,内胆采用铝合金/钢，包裹材料为碳纤维或者混合碳/玻璃纤维复合材料。IV型瓶压强为70MPa,内胆采用聚合物（一般包括尼龙，高密度聚乙烯（HDPE）,PET聚酯塑料/PA聚酰胺），外部包裹材料主要是碳纤维或者混合碳/玻璃纤维复合材料。国内氢燃料电池汽车配备的储氢罐主要以35MPa的In型瓶为主，而70MPa的IV型高压储氢罐，国外已经实应用，国内尚未批准。在燃料电池车上应用的高压储氢瓶按照储氢质量折算，35MPa的单价3500-5000元∕kg,70MPa的8000-10000元/kg。
液态储氢技术是采用低温技术将氢气冷却到液化温度（标准大气压下,-253℃）以下，以液体形式储存在高度真空的绝热容器中。
低温液态储氢技术目前美国、日本等已经实现了大规模的商业应用，国内应用最早起步于军事、航天等领域。随着近年来国内氢能产业兴起，民用液氢领域现已汇聚中科富海、航天101所、国富氢能、鸿达兴业等一批科研机构和企业，在相关技术上屡获重大突破；同时国
家已发布液氢生产、贮存和运输的国家标准，这使液氢民用有标可依，实现了我国液氢产业民用领域标准零突破，为液氢进入市场化发展提供重要支撑。液氢槽罐车价格为350万/台，可储存4300公斤液氢，液化过程耗电约为15KWh/kg。2023年月，清华联手北汽福田的全球首辆35吨级、49吨级分布式驱动液氢燃料电池重型商用车成功问世，顺利通过综合测试。2023年2月，上海重塑、佛燃能源、国富氢能、泰极动力签署协议在佛山合作推进“液氢储氢加氢站项目。
固态储氢技术是通过物理或化学方式使氢气与储氢材料结合，来实现氢气的储存。从材料分类上有金属合金、碳材料等。金属氢化物合金又可细分为稀土系、钛铁/镒系、机系和镁系等。
固态储氢从体积储氢密度、安全性等因素考虑，是最具商业化发展前景的储存方式之一。固态储氢目前在交通领域起步相对较早，氢能自行车、两轮车、燃料电池叉车、加氢站均有示范项目；国内企业如厚普股份也在开发车载固态储氢瓶，目前钛系储氢装置售价在2万元∕kg,未来希望通过规模化生产，降至8000元∕kg氢能汽车以内。固态储氢在电力调峰领域也有示范项目，包括华电集团、云南电科院、有研科技集团等在四川泸定、昆明、张家口建设了相关示范项
目。在备用电源领域，应用于数据中心、医院、社区等工商业的示范项目。在工业领域：目前化工上使用的是高压储气罐，安全性存在挑战、复杂度很高。而固态储氢可以作为长期的储存，减轻安全压力；还可以实现工业副产氢净化■储运一体化。一辆储运车可直接充装和纯化1.2吨氢气，得到99.999%的高纯氢，有效降低储运成本。
固态储氢技术路线介绍
固态储氢技术路线主要可分为金属氢化物，配位氢化物，碳材料，金属有机骨架材料（MoFS）和水合物储氢等。金属氢化物为固态储氢主流技术路线，涉及材料包括镁系、钛系、钢系、稀土系及复合储氢合金等；其中镁系合金储氢容量大（最高可达7.6%）,但放氢温度高，通常需要300℃；钛系、钮系、稀土系储氢合金储氢容量为1.4%∙2.4%不等，放氢温度明显较镁系合金低。配位氢化物路线需要碱金属（锂、钠、钾等）或碱土金属（镁、钙等）或第三主族元素（铝、硼等）。碳材料路线需要活性炭、碳纳米纤维、碳纳米管等材料。金属氢化物吸放氢基本原理
金属储氢材料通过金属氢化物的形式来将氢气储存在合金中。吸氢过程中，合金储氢材料在一定的温度和氢气压力下,发生放热反应吸收氢气生成金属氢化物；放氢过程中，金属氢化物
在加热的情况下发生吸热反应释放所吸收的氢气微观机理：氢分子首先吸附在金属表面,随着氢键断裂而解离成氢原子,氢原子通过内部扩散进入金属原子的间隙形成金属固溶体，之后固溶体中的氢原子进一步向金属内部扩散,达到固溶转化为化学吸附的活化能后从而形成氢化物。
储氢运氢——三种形式的结合应用前景
对于高压气态储运，当运输距离为50km时，运输成本为3.6元∕kg,随着距离的增加长管拖车运输成本大幅上升，当运输距离为500km时，氢气的运输成本达到29.4元∕kg°因此，长管拖车只适合短距离运输（小于20OkrT1）。固态储氢车与液氢槽罐车运氢成本对距离不敏感，当加氢站距离氢源点50-600km时，运输价格约在10-13元∕kg范围内，成本变动与储运氢过程中耗电费用，载氢量有关，在长距离运输下，固态储氢车与液氢罐车都具备成本优势。管道运氢成本主要来源于与输送距离正相关的管材折旧及维护费用，当输送距离为IOOkm时，运氢成本仅为0.5元∕kg°但管道运氢成本很大程度上受到需求端的影响，在当前加氢站尚未普及、站点较为分散的情况下，管道运氢的成本优势并不明显。
固态储氢市场分析
固态储氢技术拥有广阔的应用前景对于不同的储氢方式，都有不同的适合场景。固态储氢适用的场景有:工程车载应用：1）叉车对重量不敏感，固态储氢较为合适。相比高压储气罐，固态储氢能够储存两倍以上的氢气，续航时间翻倍，叉车加氢一次工作可以连续工作一整天。2）固态储氢可以用于港区、煤矿井下进行短途输运的物流车，这种场景下用高压气罐有安全风险,用固态储氢更合适。3）地铁施工中的机械施工车辆也适合使用固态储氢装置，这些列车建站很小很少，但对体积和重量的承受力强一些。4）固定路线的重卡、环卫车等等也非常适合。
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