固态储氢的发展如何？——基于氢气的3种方式

固态储氢发展如何？

固态储氢是指利用材料对氢的物理吸附和化学吸附作用，将氢储存在固体材料中。

金属氢化物吸放氢示意图

与其他储氢方式相比，固态储氢有两个最显着的优点：

体积储氢密度高。 以MgH2储氢为例，其体积储氢密度可达106kg·m3，是标准条件下氢气密度的119倍，70MPa高压储氢的2.7倍，液氢的1.5倍。

安全性能好。 固态储氢可在常温常压下进行，且储罐易于密封。 即使紧急情况发生氢气泄漏，储罐也能自动降低氢气泄漏的速度和数量，为采取安全措施赢得宝贵的时间。

一般来说，根据吸附原理，固体储氢材料分为物理吸附储氢材料和化学吸附储氢材料。

物理吸附机理是指氢分子通过范德华力可逆吸附在高比表面积的多孔材料上。 物理吸附储氢材料包括碳基材料（如石墨、活性炭、碳纳米管）、无机多孔材料（如沸石）和金属有机骨架化合物（MOF）。 由于大多数物理吸附材料可以在较低温度下达到一定的储氢密度，但在常温常压下其吸氢能力很低，从而限制了其应用。

在化学吸附机理中，氢一般通过离子键或共价键与其他元素结合，生成金属氢化物等材料，在一定条件下可以可逆地吸附和释放氢。 化学吸附储氢材料主要有金属氢化物（如LaNiH、MgH）、配位氢化物（如NaAlH）、化学氢化物（如NHBH）等； 目前，金属氢化物最为成熟。 同时，金属氢化物储氢材料极其丰富，包括镁、钛、钒、稀土和锆系列。

从应用来看，目前固态储氢应用可分为固定应用和移动应用。

固定应用场景包括分布式供能、电力调峰电站、应急备用电源、制氢或氢气现场缓存等。固态储氢装置可以在常温常压下长期储存氢气。 使用时，燃料电池可将氢气重新转化为电能供应，或直接释放氢气能源供应。 固定式应用对固态储氢系统的重量要求不高，但对储氢系统的安全性、寿命和成本有较高要求。

移动应用包括车（船）车载储氢、氢运输等领域的应用。 移动应用与固定应用有着不同的需求，需要特别关注固态储氢系统的重量以及储氢罐与系统之间的热交换。 在移动应用中，热交换剂必须保持在最低限度，并且热交换单元应尽可能紧凑和高效。

固态储氢拓展氢燃料电池应用边界

全球范围内，经济发达国家和地区都在积极推动固态储氢技术的研究和应用，其中美国、日本、韩国等国家始终走在该技术的前沿。 与国外相比，我国起步较晚，但近年来随着技术创新和加强，已经取得长足进步，一些特殊场景已经示范应用。

在氢能汽车领域，固态储氢的应用集中在氢能两轮车上。 近年来，氢能源两轮车已在佛山仙湖度假区、韶州园区、江苏常州、上海临港等地示范运营。

固态储氢拓展了氢燃料电池的应用边界。

近室温固态储氢具有安全性高、体积储氢密度高、更换瓶子方便、公共及辅助加氢设施投资少等优点。 关键部件可实现国产化，使其成为最具商业化发展前景的储运方式之一。 ，可有力支撑绿色氢储运，以及氢燃料电池在实际生产生活中的大规模应用。 以固体储氢为氢源的氢燃料发电系统首次应用于氢能两轮车。 在近室温大容量固态储氢材料制备技术、固态储氢瓶自动充装技术、高功率密度风冷电堆制备技术等方面取得突破。 技术、发电系统总成及智能控制技术，具有显着特点和优势：

安全性高：工作压力一般

电池寿命长：不受低温影响，车辆本身带有储氢瓶。 目前采用固态储氢技术的氢两轮车续航里程为55-120公里，最快时速约为20公里每小时；

成本低：公共设施简单，无需高压加氢站；

换瓶便捷：1分钟内换瓶，就像换“奶瓶”一样方便；

低碳环保：排放产物为水，清洁环保；

我国两轮车市场现状

两轮车是我国城镇老百姓中断长途出行的刚性需求。 可持续发展需要整个行业不断创新，不断满足用户需求。

根据主要产区行业协会调查统计，并结合国家统计局规模以上企业数据，2022年，我国自行车行业运行将呈现以下特点——

受外需减弱影响，自行车产量大幅下降，而电动自行车产量则保持稳定增长。 统计显示，2022年自行车产量5135.2万辆，同比下降32.8%； 电动自行车产量4923.8万辆，同比增长8.2%。

利润快速增长，盈利能力进一步提升。 2022年，规模以上自行车、电动自行车企业营业收入同比增长3%，利润同比增长20%以上。

出口增速大幅回落。 2022年，自行车出口量同比下降39.7%，出口额同比下降27.0%。 1-12月，零部件出口同比下降7.4%。

2023年上半年，自行车生产稳步恢复，内需持续扩大，外贸出口降幅收窄。 1-6月，受出口大幅下滑影响，规模以上自行车企业产量同比下降25%； 规模以上电动自行车企业产量同比增长10%，电动自行车子行业继续保持稳定增长。

经济效益呈现复苏态势，行业利润实现快速增长。 自行车、电动自行车行业规模以上企业营业收入同比下降6%，全行业利润同比增长24%。

从宏观数据不难看出，全球贸易状况处于低位，外需正在减弱。 开拓和布局国内市场是当前行业的重要任务之一。 事实上，纯电动两轮车的发展凸显了诸多挑战，包括浪涌对电网带来的巨大压力、电动两轮车充电缓慢、电池退化、污染和消防安全风险等。冬季气温比较低的时候，电动车的续航能力会减弱。

近年来，全球对清洁能源的呼声日益高涨。 目前，在政策的大力支持下，氢能产业发展迅速，产业蓬勃发展。 但各方面也存在一些质疑声音，对氢能发展前景、氢能应用的真实性和可靠性等持保留态度。

氢能两轮车在续航里程、能量补充、综合能源成本、安全性等方面具有明显优势。 结合符合双碳政策的氢能“轻量化”解决方案，成为中短途出行领域的发展选择。 此外，随着公众共享出行意识不断增强、共享助力车规模不断扩大，共享助力车日均使用率将进一步提升。

在此背景下，2023年，氢能两轮车的发展将“势不可挡”，新老玩家齐聚。 老玩家如攀业氢能、永安兴、氢航科技、安泰创明、谢氢新能源、暗流科技等；新玩家如捷氢科技、厚普等在氢能源领域经验丰富的企业进入市场并展开激烈的竞争。

环球氢能认为，站在氢能应用的最前沿，氢能两轮车如果能够实现量产和规模效应，将成为两轮车市场的有力竞争者。

目前，国内氢能产业发展正处于降本增效、技术创新、协同推进的初步探索阶段。 氢能产业链上下游协同联动效应尚未完全显现。 同时，氢两轮车的应用难题如何突破？ 氢两轮车固态储氢技术进步空间在哪里？ 氢能应用何时才能真正开花结果等问题逐渐浮出水面。