儲氫合金的案例
利用原子選擇性占位提高超晶格儲氫合金結構穩定性
然而，該類合金復雜的堆垛模式也為其結構穩定性帶來了不利影響。主要問題是[A2B4]和[AB5]亞晶格在吸/放氫過程中的異步膨脹/收縮，會引起界面產生大量微應變(圖1(b))，從而導致合金結構穩定性急劇下降。
為此，燕山大學韓樹民教授課題組展開了大量研究工作，提出了超晶格儲氫合金結構衰減機理和結構穩定性的系列理論。在課題組前期工作(
Journal of PowerSources 300 (2015) 77-86
)基礎上，課題組研究發現，在超晶格儲氫合金中，[A2B4]亞晶格體積大于[AB5]亞晶格體積，在吸氫過程中，[A2B4]亞晶格在較低壓力下先于[AB5]吸氫，放氫反之。這種非同步吸放氫導致了兩個亞晶格體積膨脹收縮的不一致，使得其連接界面產生大量應力引起合金超堆垛結構的破壞。
展開 我國新突破！氫氣變身“固態油箱”，用完就換，可以行駛120公里
江蘇集萃先進能源材料與應用技術研究所開發固態儲氫自行車
目前，氫氣的儲運主要分為氣態、液態和固態三種方式。
氣態儲氫較為常見，可分為低壓和高壓兩種。過去，街頭巷尾賣氣球的小販，會載著一個大鋼瓶，這就是低壓儲氫罐。而高壓氣態儲氫最高可在70兆帕下存儲，目前我國常見的高壓儲氫也達到35兆帕，這就對壓力容器提出極高的要求，目前高壓儲氫罐采用碳纖維制造，成本極高且要消耗較大的能源進行壓縮。
氫氣在一定的低溫下，會以液態形式存在。因此，可以將氫氣壓縮、冷卻實現液態儲氫。常溫 、常壓下液氫的密度為氣態氫的 845 倍，但低溫液態儲氫不經濟。氫氣液化要消耗較大的冷卻能量，而且必須使用超低溫用的特殊容器，目前僅在儲存空間有限的場合使用，如火箭發動機等。
與化石能源或電力能源相比，氫能由于尚未很好地解決儲運問題，所以一直處在叫好不叫座的尷尬境地。因此，開發新型高效的儲氫材料、安全的儲氫技術對氫能的開發利用至關重要。
材料突破，
儲氫技術迎來“變革者”
與高壓氣態、液態儲氫相比，固態儲氫從體積儲氫密度、經濟性和安全性等因素考慮是最具商業化發展前景的儲存方式之一。
“固態儲氫相對于高壓氣態和液態儲氫，具有體積儲氫密度高、工作壓力低、安全性能好等優勢。”據周少雄介紹，固態儲氫是未來高密度儲存和安全氫能利用的發展方向。
固態儲存需要用到儲氫材料，目前技術較為成熟的儲氫材料主要是金屬合金。
儲氫合金一般由兩部分組成，一部分為吸氫元素或與氫有很強親和力的元素，它控制著儲氫量的多少，是組成儲氫合金的關鍵元素，主要有鈦、鎂等；另一部分是吸氫量小或根本不吸氫的元素，常見的有鐵、鎳等。
展開 新能源汽車知識科普系列-現代人不能不知道的10個電池熱門常識
鎳氫電池的主要組成為：正極片（鎳氧化物）、負極片（儲氫合金）、電解液（主要為KOH）、隔膜紙、密封圈、正極帽、電池殼等。
10.鎳氫電池的電化學原理是什么？
鎳氫電池采用Ni氧化物作為正極，儲氫金屬作為負極，堿液（主要為KOH）作為電解液，鎳氫電池充電時：
正極反應：Ni(OH)2 + OH- NiOOH + H2O–e-
負極反應：M+H2O +e- MH+ OH-
鎳氫電池放電時：
正極反應：NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2 + OH-
負極反應：MH+ OH- M+H2O +e-
11.鋰離子電池的主要結構組成是什么？
鋰離子電池的主要組成為：電池上下蓋、正極片（活性物質為氧化鋰鈷）、隔膜（一種特殊的復合膜）、負極（活性物質為碳）、有機電解液、電池殼（分為鋼殼和鋁殼兩種）等。
12.鋰離子電池的電化學原理是什么？
鋰離子電池正極主要成分為LiCoO2，負極主要為C，充電時，
正極反應：LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
負極反應：C + xLi+ + xe- CLix
電池總反應：LiCoO2 + C Li1-xCoO2 + CLix
放電時發生上述反應的逆反應。
13.什么是充電效率？
充電效率是指電池在充電過程中所消耗的電能轉化成電池所能儲蓄的化學能程度的量度。主要受電池工藝及電池的工作環境溫度影響，一般環境溫度越高，則充電效率要低。
14.什么是放電效率？
放電效率是指在一定的放電條件下放電至終點電壓所放出的實際電量與額定容量之比，主要受放電倍率，環境溫度，內阻等的因素影響，一般情況下，放電倍率越高，則放電效率越低。溫度越低，放電效率越低。
15.什么是電池的輸出功率？
電池的輸出功率指在單位時間里輸出能量數的能力。
展開 樊栓獅等：動力學強化水合儲氫技術研究進展
氫氣儲存主要分為物理儲存和化學儲存，如圖1所示，常見的方法有低溫液化儲氫、高壓氣態儲氫、吸附儲氫、金屬合金儲氫、水合物儲氫等。低溫液化需要在常壓下將氫氣降溫到20 K，液化1 kg氫氣需要消耗15.2 kWh的電能，相當于儲存氫氣能量的30%。同時儲運過程中對于容器的絕熱性能要求極高，成本較高。高壓儲氫則是在常溫下將氣態的氫壓縮至高壓狀態儲存在氣罐中，應用比較廣泛，成本低。吸附儲氫是利用材料與氫氣分子間的相互作用將氫氣吸附到固體物質載體中，這在一定程度上限制了儲存容量；金屬合金儲氫條件較為溫和，但需要高溫進行釋氫，因此需要額外的能量供給。
圖1 儲氫技術示意圖
籠型水合物是一種在特定溫度和壓力條件下形成的非化學計量晶體化合物，主體水分子通過氫鍵形成籠型結構，客體分子與水分子之間的范德華力使客體分子填充到空籠中形成穩定的物質。常見的客體分子有烷烴類氣體、二氧化碳、四氫呋喃、氫氣等。基于籠型水合物具有獨特的結構和理化性質，應用越來越廣泛，主要有天然氣儲運、二氧化碳捕獲、海水淡化、氣體分離、儲氫等技術。水合物儲氫作為一種固態儲氫技術，發展相對較晚，但因其儲氫釋氫過程完全可逆、分子形式儲存、相對高的單位儲氫量、安全性高、不易爆等特點被視為21世紀氫能儲存最具發展潛力的技術。
早期，研究人員認為氫氣分子尺寸太小，不能形成水合物。直到1993年，Vos等首次發現在壓力0.75 GPa和3.1 GPa，溫度為295 K的情況下可以形成氫氣水合物，推翻了氫氣分子不能穩定存在于水合物籠中的猜測。
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可再生能源電解水制氫儲能應用前景廣闊
同年，“氫儲能關鍵技術及其在新能源接入中的應用研究”項目啟動，該項目涉及30kW光伏模擬模塊，2m3/h堿性電解水制氫、16m3固態金屬合金儲氫以及10kW質子交換膜燃料電池模塊。
2015年，河北建投新能源展開中德合作項目沽源風電制氫項目，該項目投建10MW電解水制氫系統配合200MW風電場制氫，具有年制氫1752萬m3的生產能力。
因此，風電制氫技術將在我國實現“雙碳目標”的道路上起到至關重要的作用，不僅可提供大量氫能源，還副產多種有直接經濟效益的產品，風電制氫技術對未來產業發展意義重大。
2）光伏發電制氫技術
光伏發電制氫即將太陽能面板轉化的電能供給電解槽系統電解水制氫，系統整體結構類似風力發電制氫系統。其中，光伏發電技術主要是基于半導體的光電效應，光伏發電的主要核心元件是太陽能電池，其他還包含有蓄電池組、控制器等元件，系統整體結構如圖2所示。
圖2 光伏發電制氫系統結構圖
隨著我國可再生能源的迅猛發展及國家政策的大力支持，光伏發電相關技術及建設規模已達世界領先水平，光伏發電成本持續下降，因此在我國能源清潔化轉型進程中，光伏+氫的組合將在脫碳減排工作中扮演不可或缺的角色。
在現有理論研究基礎上，國內政策積極推動了相關項目的實施落地。
鄂爾多斯市準格爾旗納日松光伏制氫產業示范項目配置了40萬kW光伏、1萬t/a電解水制氫、8~10座35MPa加氫站和500輛氫能重卡，該項目被列入內蒙古自治區2021年度風光氫一體化示范項目清單，有望助力內蒙地區加速碳中和進程。
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