进击的储氢产业：氢能产业链核心环节
2月17日，云海金属在机构调研时表示，镁基固态储氢材料，作为氢的可逆“存储”介质具有优良的吸放氢性能以及长期循环无动力学衰减和容量损失的优点，可实现大容量固态储氢，常温常压长距离运输。不但可降低氢气的储运成本和能耗，且安全便捷，有望成为氢储运领域的重要关键材料。当前，镁基固态储氢材料技术处在研发阶段，未来会适时介入该产业。
伴随氢能行业关注度的水涨船高，氢的储运研究也越来越热门。氢能是21世纪的理想能源。氢能作为一种可再生的二次能源，来源丰富，如图所示，对比其他化工燃料，氢气质量能量密度高，释放的能量高达 142 MJ/kg，是汽油的 3.25 倍，天然气的 3.4 倍，且氢气的燃烧效率约为60%，而汽油和柴油等化石燃料的效率分别仅为 22% 和 45%，使用过程环境友好，无碳排放，被标榜为21世纪的理想能源，被多个国家提升至国家战略高度，也将成为我国双碳目标实现的重要途径。根据《中国氢能及燃料电池产业白皮书》，到2050年氢能在我国能源体系占比中将提升至10%，产业规模将达到10万亿元以上，未来发展空间广阔。
储氢方式
镁基固态储氢材料储氢只是储氢方式的一种，现阶段常见储氢方式有很多，由于氢气密度小，易泄露，还存在氢脆和氢腐蚀的问题，对储存容器要求极高，储运难度较大，目前常见的储氢技术比如固体材料储氢、高压气态储氢、有机液态储氢、低温液态储氢等，如图所示。
图 储氢方式
1.固体材料储氢
国际能源署(International Energy Agency, IEA)提出理想储氢材料的性能目标为：质量储氢密度>5.5wt%，放氢温度<423K，循环寿命>1000次，固态储氢材料因其能量密度和安全性较高, 具有满足IEA目标的巨大潜力。在固态储氢材料中, MgH2/Mg体系由于储氢密度高（质量储氢密度为7.6wt%, 体积储氢密度为110kg·m−3 ·H2）、材料成本低廉(大约每千克25元人民币)和镁储量丰富(Mg元素丰度在地壳中居第8位) , 被认为是最有潜力的储氢体系之一。Mg的吸氢反应过程可以分为以下步骤：
H2在Mg表面的物理吸附；
H2的解离及化学吸附；
氢原子的表面渗透；
H在氢化物层中的扩散；
氢化物在金属/氢化物界面长大；
其中, H2在Mg表面的解离能垒较高, 且H在MgH2中的扩散系数较低, 是影响Mg吸氢反应动力学的关键因素。放氢反应是吸氢反应的逆过程。在MgH2放氢反应中, β-MgH2中Mg和H所带电荷为0.85和−0.42, 破坏Mg-H键需要克服的能垒高达3.35eV, 因此决定MgH2放氢反应的关键因素是Mg-H键的断裂。综上, 镁基储氢材料尚存在以下掣肘阻碍其实际应用:
(1) MgH2的放氢焓变ΔH= 75 kJ·mol−1, 热力学稳定性较高;
(2) Mg/MgH2储氢体系在温度低于300°C时吸/放氢动力学较慢;
(3)在吸/放氢循环中, MgH2/Mg颗粒的团聚和长大导致循环稳定性差；
因此，近年来，大量研究工作聚焦合金化、催化剂添加、纳米化以及与轻金属配位氢化物复合等提升镁基材料储氢性能，改善MgH2/Mg 体系的储氢性能。
2.高压气态储氢
高压气态储氢是最常见的方式，主要使用高压压缩的方式将氢气储存在各种型号的储氢瓶中，但储氢密度低，未来仍需要向轻量化、高压化、低成本、质量稳定等方向发展。
高压气态储氢是指在氢气临界温度以上通过高压压缩方式存储气态氢，是目前广泛应用的储氢方式。通常采用气罐作为容器，简便易行，其优点是存储能耗低、成本低（压力不太高时），充放气速度快，在常温下就可放氢，零下几十度低温环境下也能正常工作，且通过减压阀即可调控氢气的释放。高压储氢储罐主要包括金属储罐、金属内衬纤维缠绕储罐和全复合轻质纤维缠绕储罐。目前，高压气态储氢已成为较为成熟的储氢方案，在国内外实现了小规模商用。
高压气态储氢方式较为成熟，在国内外都有商用化案例。国外有以日本丰田公司为代表的企业，于 2009年开发了以Ti-Cr-Mn合金为填充材料、充氢压力为35MPa的高压复合储氢罐。国内商用化的燃料电池汽车，主要应用在公共交通领域，以政府采购为主。在上海、青岛、广州等城市已率先投入使用部分氢能源公交车，可实现400km续驶里程。在乘用车领域也有部分车企推出了氢燃料电池汽车，其中具有代表性的是上汽大通2020年推出的EUNIQ7，搭载70MPa储氢罐。储氢罐为全铝合金内胆加碳纤维缠绕技术的三型瓶样式，总储氢量达到6.4kg。
目前，采用金属内胆的碳纤维缠绕材料已经实现了商用，更轻、冲击韧性更好的材料尚处于研发中，但高压气态储氢方式前景良好。这种储氢方式是几大储氢方式中最早投产落地的，其他储氢方式想要尽快落地投产，还需与高压气态储氢方式结合应用。高压气态储氢已经初步形成较为完善的产业链， 以及相关的配套产业，在未来长途运输领域、商用车领域有十分光明的发展前景。
图 丰田第2代Mirai燃料电池汽车
3.低温液化储氢
低温液态储氢方式，是指在低温条件下，将氢气进行液化从而进行储存运输。具有储氢量大，储氢能 量密度高的优点。在常温常压下，液氢的密度是气态氢密度的845倍，单从储氢密度上考虑，这是一种理想的储氢方式。然而，液氢的沸点极低 (20.37K)，对容器的绝热要求较高，且氢的液化成本高、耗能大，针对液态氢在汽车领域的研究很早就有，曾一度被视为汽油的替代品。
低温液化储氢需要将氢气液化后存放在绝热容器中，储氢密度高，但液化能耗高，应用范围较小。运输方面，国内普遍采用高压气态长管拖车进行运输，其压缩能耗低，但运输密度小，在一定范围内具有经济性；氢气管网输氢运输范围大，输氢成本随运能的提升而降低，但是初始建设投资成本高。目前，低温液态储氢的应用集中在加氢站、发电站和火箭推进剂的大规模、大量消耗氢的应用场景，较少应用在汽车燃料电池储氢领域。
液态储氢具有质量、体积储氢密度高的优点，然而只有解决了其液化成本高和蒸发的问题，才有可能真正实现产业化。就目前发展研究现状而言，想要应用在汽车产品上，还有很长的路要走，需要技术的突破。
图 运输状态、储存工具与应用情况。资料来源网络
储氢相关公司
1.固体材料储氢
上海镁源动力
上海镁源动力科技有限公司成立于2017年，主要从事镁基储氢材料及其电池系统的研发和生产、销售。
最主要的业务-储氢系统的可逆储放氢在1.4MPa常压可控温的条件下实现材料的可逆循环使用，突破了固态合金材料吸放氢的动力学限制，且吸放氢循环测试已达到3500次，储氢量做到了6.5wt%（55g/L），储运氢整体质量密度达到4%（高压储氢密度尚不到储氢瓶重量的1%）。
据公开资料显示，镁源动力建设了1条镁储氢材料生产线和1条燃料电池生产线，并设立1个省级研发中心及相关实验基地。
厦门钨业
厦门钨业股份有限公司成立于1997年,主要从事钨冶炼产品、钨粉末、硬质合金、钨钼丝材、新能源材料等的研发、生产与销售，是国内最大的钨钼产品生产与出口企业，同时也是国家级重点高新技术企业。
公开资料显示，该公司贮氢合金粉产能已达到5000吨，是国内规模较大的贮氢合金粉生产企业之一。
2.高压气态储氢
国富氢能
国富氢能自成立以来，专注于全产业链氢能装备研发与大规模制造，包括加氢站成套设备、车载供氢系统、液氢罐箱、液氢容器等产品的设计、制造和相关的技术服务。已为国内60余座加氢站提供成套设备，车载供氢系统配套4000余辆燃料电池汽车，并已在河南洛阳开工建设8.6吨液氢工厂并提供氢液化工艺包和成套设备，合作客户包括国有能源集团等央企大客户，和国内主流新能源汽车主机厂及电堆动力系统企业。2021年5月，国富氢能参与起草的三项液氢国家标准获批发布。目前国富氢能已完成D轮融资，拟申报科创板IPO。
车载储氢瓶产品以35MPa III型瓶为主。
中材科技
中材科技股份有限公司成立于2001年，主要从事特种纤维复合材料及其制品的制造与销售，并面向行业提供技术与装备服务。
目前，中材科技车载储氢方面，包括35MPa和70MPa两种，均为三型瓶，容积实现28L到380L的全覆盖，同时在进行70MPa四型瓶的准备工作。
中集安瑞科
中集安瑞科控股有限公司是中集集团旗下公司，主要从事能源、化工及液态食品装备三个行业的各类型运输、储存及加工装备的设计、开发、制造、工程等服务。
中集安瑞科已经具备氢能源储存运输设备的技术和牌照，曾为上海世博会提供45MPa加氢车和加氢车储氢瓶组，参与的2018年国家863项目首座70MPa加氢站项目顺利验收。
斯林达
沈阳斯林达安科新技术有限公司于2002年成立，其产品通过国家质量监督检验检疫总局指定的气瓶型式试验机构的检测，具有（B1、B3）气瓶设计、制造资格。
2007年承接十一五863国家高技术研究发展计划，成功开发、研制了氢能源汽车瓶。
斯林达还研发了车用氢气铝合金内胆纤维全缠绕气瓶。作为国内70MPa车用储氢瓶技术代表，斯林达一直致力于车用氢瓶的研发和制造。从取得包含车用Ⅳ型储氢瓶的特种设备制造许可证时，实现了70MPa车用Ⅳ型储氢瓶的国产化的基础。
巨化集团
巨化集团有限公司原名衢州化工厂，创建于1958年5月。近年来，该公司与浙江大学合作开展国家“863”项目——高压储氢罐的制造，完成了中国第一座加氢示范站（在北京）三台氢气储存容器（压力分别为47Mpa和75MPa，容积5m2）的制作交付使用并顺利通过国家验收。
富瑞氢能
富瑞氢能公司成立于2016年，基于母公司富瑞特装清洁能源全产业链整体解决方案的成套供应商的经验及优势，专业从事液氢容器、氢气增压装置与加氢站、车载燃料供氢系统等产品的设计、制造和相关的技术服务，正致力成为国内领先的氢能装备全产业链一站式设备提供商。公司在不到一年的时间内，已建设完成一期储氢瓶项目生产线，具备了1万套35MPa系列储氢瓶制造产能。
2017年初富瑞氢能储氢瓶产品以高指标一次性通过上海特种设备监督检验技术研究院严格的型式试验（共15项），并在4月下旬通过了专家组严格审查，获得B3（3）级制造许可证。
北京科泰克
北京科泰克科技有限责任公司成立于2003年，长期从事复合气瓶用铝合金内胆、碳纤维缠绕铝胆复合呼吸气瓶、车用压缩天然气碳纤维缠绕铝胆复合气瓶、及其他高压容器的设计、生产和销售。
科泰克是国家车用氢气瓶产业化示范项目承担单位，主要生产检测设备采用自动控制技术。
目前，科泰克已掌握35MPa储氢瓶制造技术。
天海工业
天海工业深耕气体储运装备细分领域，持续创新投入，与产业链上下游协同配套，全面打好关键核心技术攻坚战，不断推动企业高质量发展。
天海工业35MPa、70MPa氢气瓶氢系统均已量产。
3.液氢储运装备
武汉氢阳能源
武汉氢阳能源有限公司创建于2014年，专注于“常温常压液态有机储氢技术”的研发与商业化应用。
截至目前，氢阳能源成功完成液态有机储氢技术产业化中试实验, 联合开发成功全球首台常温常压液态有机供氢的燃料电池客车工程样车“泰歌号”。
2018年12月，氢阳能源在湖北宜昌完成建设全球第一个常温常压液态有机储氢材料工厂。
中科富海
北京中科富海低温科技有限公司（以下简称“中科富海”）2016年8月成立于北京，是由中科院理化所实际控股的国有企业，长期致力推进深低温制冷技术的产业应用。
中科富海拥有20K-2K核心关键技术，致力于提供液氢、液氦温区大型低温制冷装备、氢液化装置、LNG-BOG提氦装备、稀有气体（氖、氦、氪、氙）分离纯化等先进低温装备以及氢能应用系统解决方案、高纯稀有气体和工业气体工程等服务。
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1、氢能产业解析与发展趋势：“需求+资本”推动产业技术加速发展3、【干货】电解水制氢在电厂和氢能项目的设计应用4、168亿元！万套氢车规模！粤水电与乌海市、兴邦科技签订协议投资氢电产业链
5、《氢燃料电池冷却液》标准发布！亿华通、康普顿等逾15家公司机构参与起草6、大兴最新氢能政策：示范城市群属地车企购车按国补30%给予支持7、我国正形成四个氢能产业集聚区，仍需补齐短板明确路径
8、声音 | 习近平：推动能源革命， 积极有序发展氢能源，加快发展有规模有效益的氢能！
本期责任编辑：戴欣馨
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