氫氣有望在未來成為我國重要的能源之一，使用范圍較廣。
儲氫技術作為氫氣從生產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。
不同的儲氫技術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進行介紹。
首先我們將主要的儲氫方式分為物理儲氫技術、化學儲氫技術和其他儲氫技術。
物理儲氫技術：目前高壓氣態(tài)儲氫應用最廣泛
物理儲氫技術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。
其中，高壓氣態(tài)儲氫是目前發(fā)展最成熟、應用最廣泛的物理儲氫技術。
高壓氣態(tài)儲氫：技術最成熟、使用最廣泛
高壓氣態(tài)儲氫技術是指在高壓條件下，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。
國外研究表明，氫氣質量密度隨壓力增加而增加，在30～40MPa時，氫氣質量密度增加較快，而壓力70MPa以上時，氫氣質量密度變化很小。
因此大多儲氫瓶的工作壓力在35～70MPa范圍內。
目前，高壓氣態(tài)儲氫瓶根據其材料不同主要分為四種類型：純鋼制金屬瓶(I型)、鋼制內膽纖維纏繞瓶(II型)、鋁內膽纖維纏繞瓶(III型)和塑料內膽纖維纏繞瓶(IV型)。
由于前兩種儲氫瓶的質量儲氫密度較低，且氫脆問題嚴重（氫脆是溶于鋼中的氫，聚合為氫分子，造成應力集中，超過鋼的強度極限，在鋼內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型瓶由內膽、碳纖維強化樹脂層及玻璃纖維強化樹脂層組成，氣瓶質量較輕，單位質量儲氫密度有所提高。
目前國外已經實現(xiàn)IV型儲氫瓶在車用領域70MPa的應用，但國內IV型儲氫瓶使用受到限制。
國內目前主要以35MPaIII型瓶為主，但70MPaIII型瓶的使用標準已經在2017年發(fā)布的GBT35544—2017《車用壓縮氫氣鋁內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年在國內率先研制成功20/25MPa大容積儲氫長管，并應用于大規(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的兩臺國內最高壓力等級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最成熟的技術，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。
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)的氫氣轉化成液態(tài)的氫氣較困難，根據一覽眾咨詢的調研，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。
然而目前國內技術還未成熟、設備成本高且暫時缺乏液氫相關的技術標準和政策規(guī)范，因此國內布局液氫的企業(yè)較少，應用還僅限于航天行業(yè)，在民用方面還未實現(xiàn)使用。
但根據國外已有經驗，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)儲氫技術不僅對液態(tài)儲氫罐的材質有要求，還需要配套的嚴格的絕熱方案和冷卻設備，因此低溫液態(tài)儲氫罐容積一般較小，氫氣質量密度為10%左右。
液態(tài)儲氫罐一般分為內外兩層，內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。
化學儲氫技術：處于技術攻克階段
化學儲氫技術是利用儲氫介質在一定條件下能與氫氣反應生成穩(wěn)定化合物，再通過改變條件實現(xiàn)放氫的技術，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)點明顯但技術難度高
有機液態(tài)儲氫技術基于不飽和液體有機物在催化劑作用下進行加氫反應，生成穩(wěn)定化合物，當需要氫氣時再進行脫氫反應。
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可逆，儲氫介質可循環(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；脫氫反應效率較低且易發(fā)生副反應使氫氣純度不高；脫氫反應常在高溫下進行，催化劑易結焦失活等問題。
并且由于冷啟動和補充脫氫反應能量需要燃燒少量有機化合物，因此該技術很難實現(xiàn)“零排放”目標。
有機液體儲氫技術在中國已有所成就，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，加注30L的氫油燃料，可行駛200km。
并且有機液體儲氫技術的理論質量儲氫密度最接近DOE的目標要求，提高低溫下有機液體儲氫介質的脫氫速率與效率、催化劑反應性能、改善反應條件、降低脫氫成本是進一步發(fā)展該技術的關鍵。
其他化學儲氫技術：研發(fā)難度大但極具前景
液氨儲氫技術是將氫氣與氮氣反應生產液氨，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。
液氨儲氫技術優(yōu)點在于，液氨燃燒產物為氮氣和水，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生成離子型氫化物，之后在一定條件下分解出氫氣的技術。
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。
甲醇儲氫技術是指將一氧化碳與氫氣在一定條件下反應生成液體甲醇，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，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
除了常見的物理儲氫技術和化學儲氫技術外，還有一些其他類型的儲氫技術，在這部分主要介紹吸附儲氫和水合儲氫兩種儲氫技術。
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：技術待提高，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，碳質材料也可以作為氫氣的吸附材料。一些碳質材料，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。
碳質材料由于具有較大的比表面積以及強吸附能力，氫氣質量密度普遍較高。
同時，碳質材料還具有質量輕、易脫氫、抗毒性強、安全性高等特點。但目前碳質材料吸附還存在缺點，例如機理認識不完全、制備過程較復雜、成本較高等。
預計未來的研究方向主要集中在相關機理的研究；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過程的大規(guī)模工業(yè)化等方面。常用的碳質材料及其儲氫特點如下。
水合物法儲氫技術
水合物法儲氫技術是指將氫氣在低溫、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，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雖然在理論上可行，但實驗結果表示其儲氫密度未達到預期。
根據上述對于物理、化學和其他儲氫方法的討論，從整體發(fā)展情況來看，我們認為目前國內的儲氫技術發(fā)展相對落后，高壓氣態(tài)儲氫技術落后較大，儲氫量低得多。
具體表現(xiàn)在，國外已經將70MPa的儲氫罐已應用到燃料電池汽車上，而國內的儲氫罐關鍵材料仍依賴進口。
低溫液氫技術、吸附儲氫技術與國外先進水平存在較大差距，產業(yè)化相距甚遠。
從技術成熟方面來看，高壓氣態(tài)儲氫最成熟、成本最低，是現(xiàn)階段主要應用的儲氫技術，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)儲氫技術難以滿足需求。
從質量儲氫密度上看，有機液體儲氫質量儲氫技術密度相對較高，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用。
預計未來化學方法儲氫是重要的發(fā)展方向，除此之外，復合儲氫技術，如低溫高壓儲氫技術和高壓金屬氫化物儲氫罐，也逐漸被企業(yè)考慮和使用。
