氫氣有望在未來成為我國重要的能源之一，使用范圍較廣。
儲氫技術(shù)作為氫氣從生產(chǎn)到利用過程中的橋梁，是指將氫氣以穩(wěn)定形式的能量儲存起來，以方便使用的技術(shù)。
不同的儲氫技術(shù)對氫氣的運輸方式和使用成本都有重要影響，下面我們將不同的儲氫技術(shù)進行介紹。
首先我們將主要的儲氫方式分為物理儲氫技術(shù)、化學(xué)儲氫技術(shù)和其他儲氫技術(shù)。
物理儲氫技術(shù)：目前高壓氣態(tài)儲氫應(yīng)用最廣泛
物理儲氫技術(shù)是指單純的通過改變儲氫條件提高氫氣密度，或通過物理吸附作用將氫氣儲存在金屬合金等儲氫材料中的技術(shù)。
其中，高壓氣態(tài)儲氫是目前發(fā)展最成熟、應(yīng)用最廣泛的物理儲氫技術(shù)。
高壓氣態(tài)儲氫：技術(shù)最成熟、使用最廣泛
高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)是指在高壓條件下，將氫氣壓縮并注入儲氫瓶中，讓氫氣以高密度氣態(tài)形式儲存的一種技術(shù)。
國外研究表明，氫氣質(zhì)量密度隨壓力增加而增加，在30～40MPa時，氫氣質(zhì)量密度增加較快，而壓力70MPa以上時，氫氣質(zhì)量密度變化很小。
因此大多儲氫瓶的工作壓力在35～70MPa范圍內(nèi)。
目前，高壓氣態(tài)儲氫瓶根據(jù)其材料不同主要分為四種類型：純鋼制金屬瓶(I型)、鋼制內(nèi)膽纖維纏繞瓶(II型)、鋁內(nèi)膽纖維纏繞瓶(III型)和塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶(IV型)。
由于前兩種儲氫瓶的質(zhì)量儲氫密度較低，且氫脆問題嚴重（氫脆是溶于鋼中的氫，聚合為氫分子，造成應(yīng)力集中，超過鋼的強度極限，在鋼內(nèi)部形成細小裂紋的現(xiàn)象），難以滿足車載儲氫系統(tǒng)的要求。
因此車載儲氫瓶主要是用后兩種類型的儲氫瓶。III型、IV型瓶由內(nèi)膽、碳纖維強化樹脂層及玻璃纖維強化樹脂層組成，氣瓶質(zhì)量較輕，單位質(zhì)量儲氫密度有所提高。
目前國外已經(jīng)實現(xiàn)IV型儲氫瓶在車用領(lǐng)域70MPa的應(yīng)用，但國內(nèi)IV型儲氫瓶使用受到限制。
國內(nèi)目前主要以35MPaIII型瓶為主，但70MPaIII型瓶的使用標準已經(jīng)在2017年發(fā)布的GBT35544—2017《車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》中有所規(guī)定，并開始在轎車中小范圍的使用。
固定式高壓氣態(tài)儲氫主要應(yīng)用在固定場所，如制氫廠、加氫站以及其他需要儲存高壓氫氣的地方。目前主要使用大直徑儲氫長管和鋼帶錯繞式儲氫罐來儲氫。
大直徑儲氫長管方面，石家莊安瑞科氣體機械有限公司2002年在國內(nèi)率先研制成功20/25MPa大容積儲氫長管，并應(yīng)用于大規(guī)模氫氣運輸。
繼而開發(fā)的45MPa儲氫瓶組，已成功用于國內(nèi)眾多加氫站。長管氣瓶材料為鉻鉬鋼4130X，強度高，具有良好的抗氫脆能力。
鋼帶錯繞式儲氫罐目前有45Mpa和98Mpa兩種型號，如浙大與巨化集團制造生產(chǎn)的兩臺國內(nèi)最高壓力等級98MPa立式高壓儲罐，安裝在江蘇常熟的豐田加氫站中。
盡管高壓氣態(tài)儲氫是目前使用最廣泛且技術(shù)最成熟的技術(shù)，但其缺點在于儲氫量太少，體積比容積低。
即使是太空用的鈦瓶，其儲氫重量也僅為瓶重量的5%。并且高壓氣態(tài)儲氫受壓力和儲氫瓶材料影響較大，且安全性能相對較差，有泄漏、爆炸等安全隱患。
低溫液態(tài)儲氫：未來重要發(fā)展方向
低溫液態(tài)儲氫是將氫氣壓縮后冷卻到-253攝氏度以下，使之液化并存放在絕熱真空儲存容器中的一種儲氫技術(shù)。
由于液態(tài)氫具有很高的密度，在常溫、常壓下液氫的密度是氣態(tài)氫的800倍以上，因此將氫氣液化后能夠使得儲運簡單，且體積比容積大。
但其缺點在于，將氣態(tài)的氫氣轉(zhuǎn)化成液態(tài)的氫氣較困難，根據(jù)一覽眾咨詢的調(diào)研，要液化1kg的氫氣需要消耗4-10千瓦時的電量，并且為了儲存液態(tài)氫氣，需要能夠耐受和保持超低溫的特殊容器，因此成本高昂。
目前，國外有70%左右的氫氣通過液態(tài)形式運輸，日本、美國、德國等國家已經(jīng)將液氫的運輸成本降低到高壓氫氣的八分之一左右。
然而目前國內(nèi)技術(shù)還未成熟、設(shè)備成本高且暫時缺乏液氫相關(guān)的技術(shù)標準和政策規(guī)范，因此國內(nèi)布局液氫的企業(yè)較少，應(yīng)用還僅限于航天行業(yè)，在民用方面還未實現(xiàn)使用。
但根據(jù)國外已有經(jīng)驗，低溫液態(tài)儲氫將是未來重要的發(fā)展方向，且發(fā)展空間大。
為了避免或減少氫氣的蒸發(fā)損失，低溫液態(tài)儲氫技術(shù)不僅對液態(tài)儲氫罐的材質(zhì)有要求，還需要配套的嚴格的絕熱方案和冷卻設(shè)備，因此低溫液態(tài)儲氫罐容積一般較小，氫氣質(zhì)量密度為10%左右。
液態(tài)儲氫罐一般分為內(nèi)外兩層，內(nèi)膽承裝低溫的液氫通過支撐物放置在外殼中心，支撐物可由玻璃纖維帶支撐，具有良好的絕熱性能。
夾層中間填充多層鍍鋁滌綸薄膜，以減少熱輻射，在薄膜之間可以放絕熱紙來增加熱阻同時吸附低溫下的殘余氣體。之后用真空泵抽取夾層內(nèi)的空氣制造高真空狀態(tài)來避免氣體對流漏熱。
一般情況下，儲氫罐內(nèi)膽使用鋁合金、不銹鋼等材料制成，外殼使用低碳鋼、不銹鋼等材料，也可以使用鋁合金材料來減輕容器重量。
目前，世界上最大的低溫液態(tài)儲氫罐位于美國的肯尼迪航天中心，其容積高達1120000L。
化學(xué)儲氫技術(shù)：處于技術(shù)攻克階段
化學(xué)儲氫技術(shù)是利用儲氫介質(zhì)在一定條件下能與氫氣反應(yīng)生成穩(wěn)定化合物，再通過改變條件實現(xiàn)放氫的技術(shù)，主要包括有機液體儲氫、液氨儲氫、配位氫化物儲氫、無機物儲氫與甲醇儲氫。
有機液態(tài)儲氫：優(yōu)點明顯但技術(shù)難度高
有機液態(tài)儲氫技術(shù)基于不飽和液體有機物在催化劑作用下進行加氫反應(yīng)，生成穩(wěn)定化合物，當需要氫氣時再進行脫氫反應(yīng)。
常用的不飽和液體有機物及其性能如下。
有機液體儲氫技術(shù)具有較高儲氫密度，通過加氫、脫氫過程可實現(xiàn)有機液體的循環(huán)利用，成本相對較低。
同時，常用材料(如環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷等)在常溫常壓下，即可實現(xiàn)儲氫，安全性較高；催化加氫和脫氫反應(yīng)可逆，儲氫介質(zhì)可循環(huán)使用。
該方法便與大量的儲存和運輸，安全性能好。
然而有機液體儲氫也存在很多缺點，例如，必須配備的加氫、脫氫裝置成本較高；脫氫反應(yīng)效率較低且易發(fā)生副反應(yīng)使氫氣純度不高；脫氫反應(yīng)常在高溫下進行，催化劑易結(jié)焦失活等問題。
并且由于冷啟動和補充脫氫反應(yīng)能量需要燃燒少量有機化合物，因此該技術(shù)很難實現(xiàn)“零排放”目標。
有機液體儲氫技術(shù)在中國已有所成就，2017年，中國揚子江汽車與氫陽能源聯(lián)合開發(fā)了一款城市客車，利用有機液體儲氫技術(shù)，加注30L的氫油燃料，可行駛200km。
并且有機液體儲氫技術(shù)的理論質(zhì)量儲氫密度最接近DOE的目標要求，提高低溫下有機液體儲氫介質(zhì)的脫氫速率與效率、催化劑反應(yīng)性能、改善反應(yīng)條件、降低脫氫成本是進一步發(fā)展該技術(shù)的關(guān)鍵。
其他化學(xué)儲氫技術(shù)：研發(fā)難度大但極具前景
液氨儲氫技術(shù)是將氫氣與氮氣反應(yīng)生產(chǎn)液氨，將液氨作為氫能的載體進行利用。液氨在常壓、400℃條件下即可得到氫氣，常用的催化劑包括釕系、鐵系、鈷系與鎳系，其中釕系的活性最高。
2015年，液氨首次作為直接染料用于燃料電池中，其燃燒發(fā)電效率為69%，與液氫系統(tǒng)效率70%相近。
液氨儲氫技術(shù)優(yōu)點在于，液氨燃燒產(chǎn)物為氮氣和水，對環(huán)境無害且液氨的儲存條件較為溫和；其缺點在于，有報告稱，體積分數(shù)僅為1×10-6的未分解液氨混入氫其中，就會造成染料電池的嚴重惡化。
配位氫化物儲氫是利用堿金屬與氫氣反應(yīng)生成離子型氫化物，之后在一定條件下分解出氫氣的技術(shù)。
最初的配位氫化物是由日本研發(fā)的氫化硼鈉和氫化硼鉀，但這兩種氫化物存在脫氫過程中溫度較高等問題，因此進一步研發(fā)了以氫化鋁絡(luò)合物為代表的新一代配合物儲氫材料。
目前主要的研發(fā)方向是改善配位氫化物低溫放氫性能和對材料進行回收再利用。
甲醇儲氫技術(shù)是指將一氧化碳與氫氣在一定條件下反應(yīng)生成液體甲醇，將其作為氫能的載體進行利用。
在一定條件下，甲醇可分解得到氫氣用于燃料電池，同時，甲醇還可直接用作燃料。
2017年，北京大學(xué)的科研團隊研發(fā)出一種鉑-碳化鉬雙功能催化劑，可以使甲醇與水反應(yīng)，釋放出甲醇中的氫并活化水中的氫，從而得到更多的氫氣。
此外，甲醇的儲存條件為常溫常壓，方便運輸。
其他儲氫技術(shù)
除了常見的物理儲氫技術(shù)和化學(xué)儲氫技術(shù)外，還有一些其他類型的儲氫技術(shù)，在這部分主要介紹吸附儲氫和水合儲氫兩種儲氫技術(shù)。
前者是利用吸附劑與氫氣作用，實現(xiàn)高密度儲氫；后者是利用氫氣生成固體水合物，提高單位體積氫氣密度。
吸附儲氫技術(shù)：技術(shù)待提高，發(fā)展前景好
吸附儲氫所利用的吸附材料主要包括金屬合金、碳質(zhì)材料和金屬框架物等。
金屬合金儲氫是利用吸氫金屬A和對氫不吸附或吸附量較小的金屬B制成合金晶體，在一定條件下，金屬A作用強，氫分子被吸附進入晶體，形成金屬氫化物。
之后通過改變條件，減弱金屬A的作用，實現(xiàn)氫分子的釋放。
其中A金屬多為鎂、鈦或稀土元素，B金屬多為鐵、鈷、鎳和銅鋁等。金屬合金儲氫的特點是氫以原子狀態(tài)儲存于合金中，安全性較高。
但這類材料的氫化物過于穩(wěn)定，熱交換比較困難，加氫和脫氫過程只能在較高溫度下進行。
相同體積下，固態(tài)低壓合金儲氫裝置，壓力降低為高壓氣瓶的1/7，有效儲存的氫氣質(zhì)量為高壓氣瓶的3倍。常用的金屬合金類型及其代表物如下。
除此之外，碳質(zhì)材料也可以作為氫氣的吸附材料。一些碳質(zhì)材料，如表面活性炭、石墨納米纖維、碳納米管等，在一定條件下對氫的吸附能力較強，因此可以用于吸附儲氫。
碳質(zhì)材料由于具有較大的比表面積以及強吸附能力，氫氣質(zhì)量密度普遍較高。
同時，碳質(zhì)材料還具有質(zhì)量輕、易脫氫、抗毒性強、安全性高等特點。但目前碳質(zhì)材料吸附還存在缺點，例如機理認識不完全、制備過程較復(fù)雜、成本較高等。
預(yù)計未來的研究方向主要集中在相關(guān)機理的研究；制備、檢測工藝的優(yōu)化；高儲量、低成本碳材料的探索以及生產(chǎn)過程的大規(guī)模工業(yè)化等方面。常用的碳質(zhì)材料及其儲氫特點如下。
水合物法儲氫技術(shù)
水合物法儲氫技術(shù)是指將氫氣在低溫、高壓的條件下，生成固體水合物進行出巡。由于水合物在常溫、常壓下即可分解，因為，該方法的脫氫速度快且能耗低。
同時，水作為其儲存介質(zhì)，具有成本低、安全性高等特點。不同類型水合物儲氫所要求的壓力和溫度都不相同，具體實踐時需要區(qū)分操作。
然而水合物法儲氫技術(shù)雖然在理論上可行，但實驗結(jié)果表示其儲氫密度未達到預(yù)期。
根據(jù)上述對于物理、化學(xué)和其他儲氫方法的討論，從整體發(fā)展情況來看，我們認為目前國內(nèi)的儲氫技術(shù)發(fā)展相對落后，高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)落后較大，儲氫量低得多。
具體表現(xiàn)在，國外已經(jīng)將70MPa的儲氫罐已應(yīng)用到燃料電池汽車上，而國內(nèi)的儲氫罐關(guān)鍵材料仍依賴進口。
低溫液氫技術(shù)、吸附儲氫技術(shù)與國外先進水平存在較大差距，產(chǎn)業(yè)化相距甚遠。
從技術(shù)成熟方面來看，高壓氣態(tài)儲氫最成熟、成本最低，是現(xiàn)階段主要應(yīng)用的儲氫技術(shù)，在基本能與傳統(tǒng)加油方式相媲美，但對于更高的車載儲氫要求如儲氫量、安全性等，高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)難以滿足需求。
從質(zhì)量儲氫密度上看，有機液體儲氫質(zhì)量儲氫技術(shù)密度相對較高，但目前存在成本高等問題。
從成本方面來看，金屬氫化物儲氫及有機液體儲氫成本均較高，還處于攻克研發(fā)階段，不適合目前小批量的應(yīng)用。
預(yù)計未來化學(xué)方法儲氫是重要的發(fā)展方向，除此之外，復(fù)合儲氫技術(shù)，如低溫高壓儲氫技術(shù)和高壓金屬氫化物儲氫罐，也逐漸被企業(yè)考慮和使用。
