氢储能技术科普：能量密度是电化学储能的100多倍

半导体乐园、泛海英才 2024-03-27

储氢技术可分为物理储氢（技术最为成熟）、化学储氢、地下储氢和其他储氢，具体可细分为12种储氢方式。物理储氢主要有高压气态储氢和低温液态储氢；化学储氢主要有配位氢化物储氢、无机化合物储氢、有机液体储氢、液氨储氢与甲醇储氢。

氢储能工作原理

氢储能技术利用了电→氢→电的互变性，基本原理就是将水电解得到氢气和氧气。

氢燃料电池发电原理图

在可再生能源发电系统中，电力间歇产生和传输被限的现象常有发生，利用富余的、非高峰的或低质量的电力大规模制氢，将电能转化为氢能储存起来；在电力输出不足时利用氢气通过燃料电池或其它方式转换为电能输送上网。

氢燃料电池发电原理图

02氢储能产业优势

氢储能作为一种清洁、高效、可持续的无碳能源存储技术，其具有其他储能技术无法比拟的优势。

01原料简单，没有资源焦虑问题：氢能可通过直流电，直接电解地球上的水得到氢气。

02可作为新型电力系统的有效补充：氢能可作为有效媒介，将弃光或弃风资源储存起来，解决新能源发电间歇性、随机性导致的废弃问题。

03极强的时间和空间维度跨越性：光伏、风电等新型能源存在季节性波动和空间分布的不均。氢储能具备更长的储能时长及极高的储存容量，有望成为长时间、跨区域储能的有效解决方案。

04极大的能量密度和热值：氢储能的能量密度可达140MJ/kg，是锂电池等电化学储能的100多倍，可以以更小的体积存储更多的能量，有效避免能量浪费的现象。在热值上，氢气热值可达120MJ/kg，是煤炭、天然气、石油等传统化石能源的3-4倍。

各类储能技术的评价指标不同，其应用范围也不尽相同。无论是储能时长还是储存容量方面，氢储能都有着绝对的优势。

03氢能的储存技术

高压气态储氢

高压气态是目前最常用并且发展比较成熟的储氢技术，其储存方式是采用高压将氢气压缩到一个耐高压的容器里，目前所使用的容器是钢瓶。高压气态储氢应用领域主要包括运输、加氢站、燃料电池车。

该技术的优点是结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快。但是存在泄露爆炸隐患，安全性能较差。

储氢瓶分类

低温液态储氢

低温液态储氢属于物理储存，具体体现为氢气经过压缩后，深冷到21K（约-253℃）以下，使之变为液氢，然后存储到特制的绝热真空容器(杜瓦瓶)中，适用于大规模、远距离的氢能运输。

固定式液氢储罐

该技术的优点在于存储密度高，液氢密度达到70.78kg/m3，是标准情况下氢气密度的850倍左右。但是将氢气转化为液氢的过程并不容易，液化1kg的氢气需要耗电4-10千瓦时。同时由于液氢的沸点极低（-252.75℃），对储氢容器的要求极高，要求储氢容器具有很高的绝热性能。

液氢是未来氢能源大规模应用的重要解决方案，能够使下游用户既便宜又便捷地使用氢能源，其主要应用于航空航天、高端制造、冶金、电子等产业领域。

固态储氢

固态储氢是指利用固体对氢气的物理吸附或化学反应等作用，将氢气储存在固体材料当中。固态储氢一般可以做到安全、高效、高密度。根据固态材料储氢机制的差异，主要可将储氢材料分为物理吸附型储氢材料、金属氢化物基储氢合金，复杂氢化物等。

金属氢化物储氢应用

目前在所有固态储氢材料中，研究最集中、最广泛，目前也最具有实用化前景的是金属氢化物基储氢。金属氢化物储氢未来潜力巨大，尤其适合燃料电池汽车上使用。

有机液态储氢

有机液体储氢（LOHC）是通过加氢反应将氢气与甲烷（TOL）等芳香族有机化合物固定，形成分子内结合有氢的甲基环乙烷（MCH）等饱和环状化合物，从而可在常温和常压下，以液态形式进行储存和运输，并在使用地点在催化剂作用下通过脱氢反应提取出所需量的氢气。其优点在于可在常温常压下以液态输运，储运过程安全、高效，可使用储罐、槽车、管道等已有的油品储运设施。

在诸多储氢方式中，LOHC储氢稳定性最高、日常维护量最小、长周期储存成本最低、适合大规模以及长时间的储存。但LOHC还存在脱氢技术复杂、脱氢能耗大、脱氢催化剂技术亟待突破等技术瓶颈。

未来，随着氢储能的技术发展和规模化应用，氢储能的成本将大幅下降，对服务碳达峰碳中和推动能源清洁低碳转型有深刻意义。

本文内容来源于：半导体乐园、泛海英才，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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