
固态储氢材料又称固体储氢材料,指以化学氢化物、金属氢化物或纳米材料作为载体,能够吸收和释放氢气的材料,头部企业在固态储氢材料领域拥有较强的技术实力和市场份额,通过不断创新和拓展市场,为全球固态储氢材料行业的发展做出了重要贡献。
稀土储氢材料
代表材料:以 LaNi₅为代表。
储氢原理:稀土元素与氢有较强的亲和力,在一定的温度和压力条件下,稀土合金中的金属原子与氢原子结合,形成金属氢化物,从而实现氢的储存;当条件改变时,金属氢化物又会分解,释放出氢气。
性能特点:具有良好的活化性能,在相对温和的条件下就能进行吸氢和放氢反应;吸放氢速度快,可在短时间内完成氢气的储存和释放;循环稳定性好,经过多次吸放氢循环后,仍能保持较好的储氢性能;对氢气的选择性好,能在含有杂质气体的混合气体中优先吸收氢气。
应用领域:广泛应用于氢化物 - 镍电池,是制作镍氢电池负极材料的关键成分;用于氢气的净化和分离,可从含氢混合气体中高效分离出高纯度氢气;在一些小型的氢储存系统中,如便携式氢源、小型加氢站等也有应用。
镁基储氢材料
代表材料:以 Mg₂Ni 为代表。
储氢原理:主要基于镁与氢在一定条件下发生化学反应,生成氢化镁(MgH₂)来实现储氢,反应是可逆的,通过改变温度和压力等条件可使氢化镁分解,释放出氢气。
性能特点:具有很高的理论储氢容量,质量储氢密度可高达 7.6% 左右,在众多储氢材料中处于较高水平;资源丰富,镁在地球上的储量较为丰富,价格相对较低,具有大规模应用的潜力;稳定性较好,在一定条件下能够稳定地储存氢气。但也存在吸放氢温度较高,通常需要在 250℃-350℃的高温下才能进行有效的吸放氢反应;吸放氢动力学性能较差,反应速度较慢等缺点。
应用领域:在一些需要高储氢密度的场合,如航空航天领域,若能解决其性能问题,有望成为理想的储氢材料;可用于车载储氢系统,为氢燃料电池汽车提供氢气储存解决方案;在分布式能源系统中,作为氢气储存和供应的介质,用于储存可再生能源制得的氢气。
钛基储氢材料
代表材料
钛基 AB 型储氢合金:以 TiFe 为代表,理论储氢量约 1.8%,工作温度在室温附近。
钛基 AB₂型 Laves 相储氢合金:以 TiMn₂为基础,其中 TiMn₁.₅综合储氢性能最佳,室温下即可活化,吸氢后生成 TiMn₁.₅H₂.₄氢化物。
钛基 BCC 结构储氢合金:如 Ti-Cr 和 Ti-Cr-X(X 为 V、Mo 等过渡金属)等合金,首次吸氢容量可接近 4%,但常温常压下可逆容量低于 3%。
储氢原理:钛基合金中的钛等金属元素与氢原子发生相互作用,氢原子进入合金的晶格间隙或与金属原子形成化学键,从而实现氢的储存,在一定条件下又能释放出氢气。
性能特点:具有较高的储氢容量,部分钛基储氢合金的储氢量相对较高;吸放氢压力适中,不需要过高的压力就能进行吸放氢反应;抗腐蚀性能较好,在一些恶劣的环境条件下仍能保持较好的稳定性。不过,钛铁系储氢合金存在活化困难的问题,须加热到 250℃以上作反复的充氢 - 抽空操作,且抗中毒能力差。
应用领域:在氢的贮存净化领域,可用于去除氢气中的杂质;在氢压机中作为储氢介质,实现氢气的压缩和储存;在一些小型的燃料电池系统中,作为氢气储存和供应的部件。
其他储氢材料
碳质材料
代表材料:包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。
储氢原理:主要依靠物理吸附作用,氢气分子在碳材料的孔隙结构或表面上吸附储存。
性能特点:具有较高的比表面积,能够提供大量的吸附位点;吸附速度较快,可在较短时间内完成氢气的吸附;化学稳定性好,不易与其他物质发生化学反应。但储氢量相对较低,且通常需要在低温、高压等条件下才能实现较高的储氢密度。
应用领域:可用于小型的便携式储氢设备,如氢燃料电池笔记本电脑、手机等的储氢装置;在一些特殊的气体分离和储存场合,用于分离和储存氢气。
配位氢化物储氢材料
代表材料:如 LiBH₄、NaAlH₄等。
储氢原理:通过金属离子与氢负离子形成配位键,以配位氢化物的形式储存氢,在一定条件下配位氢化物分解释放出氢气。
性能特点:具有很高的理论储氢容量,质量储氢密度和体积储氢密度都较高;部分配位氢化物在相对较低的温度下就能释放氢气。但存在可逆性较差、放氢后难以重新加氢、合成和制备过程复杂等问题。
应用领域:在一些对储氢密度要求极高的特定领域,如航空航天、军事等有潜在的应用前景;可作为新型储氢材料进行研究和开发,为未来的氢能应用提供技术储备。
金属有机框架材料(MOFs)
代表材料:有多种结构和组成的 MOFs 材料,如 ZIF-8、MOF-5 等。
储氢原理:利用其丰富的孔隙结构和大量的金属位点,通过物理吸附和化学吸附的协同作用来储存氢气。
性能特点:具有高度可调控的结构和孔隙尺寸,可以根据需要进行设计和合成;比表面积极高,能够实现较高的氢气吸附量;在常温常压下具有一定的储氢能力。但目前存在稳定性有待提高、合成成本较高等问题。
应用领域:可用于构建智能储氢系统,根据不同的需求实现氢气的可控储存和释放;在氢气的储存和运输领域,作为新型储氢材料进行探索和研究,有望应用于未来的氢能基础设施。
图:产品分类及头部企业
类型 |
简介 |
主要生产商 |
稀土储氢材料 |
稀土储氢材料是指以稀土元素为主要成分的储氢材料,具有较高的储氢容量和较低的吸放氢温度。稀土储氢材料可以分为三类:颗粒状、粉末状和薄膜状。其中,颗粒状稀土储氢材料主要包括稀土镍合金和稀土镁合金,代表性的有镧镍、镧镁和镧镁镍合金。这些材料具有较高的储氢容量和良好的动力学性质,但由于稀土元素资源较为有限和昂贵,限制了其广泛应用。 |
日本三德、江西钨业、北方稀土、厦门钨业、安泰创明 |
镁基储氢材料 |
镁基储氢材料是以镁为主要成分的储氢材料,具有很高的理论储氢容量(7.6 wt.%)。镁基储氢材料主要包括晶态镁、镁合金和镁化合物等。晶态镁由于其密度低、价格便宜和丰富的资源,是一种有潜力的储氢材料。但是,晶态镁的吸放氢动力学性能较差,需要通过改性来提高其储氢性能。镁合金和镁化合物具有更好的吸放氢动力学性能,但其储氢容量较低。 |
上海氢枫、华硕能源、镁源动力 |
钛基储氢材料 |
钛基储氢材料是一类以钛为主要成分的储氢材料,具有中等的储氢容量(2.0-3.0 wt.%)。钛基储氢材料主要包括钛硒化物、钛镍合金和钛镁合金。其中,钛硒化物是一种稳定的储氢材料,具有良好的热稳定性和吸放氢动力学性能。钛镍合金和钛镁合金具有较高的储氢容量和良好的动力学性能,但其合成过程较复杂。 |
安泰创明、厦门钨业 |
其他储氢材料 |
非金属元素碳的吸氢主要依靠吸附作用,碳材料可分为吸附性(活性炭、纳米碳纤维)和吸附-反应性(石墨烯、碳纳米管)两类。此外,还有金属氢化物(如铝和锆基材料)、化合物储氢材料(如物理吸附材料和化学吸附材料)等 |
HaloSource Inc. HRL Laboratories AB Liros HydrogeniousLOHCTechnologies |