21世纪的终极能源镁基储氢材料大放异彩

　　国际能源转型一直沿着从高碳到低碳、从低密度到高密度的路径行进，而被誉为21世纪的终极能源的氢气是目前公认的最为理想的能量载体和清洁能源提供者。
　　在未来，氢能将是举足轻重的能源。氢在元素周期表中位列第一，是所有原子中最小的。但这个无色无味的小家伙却是宇宙中最常见的元素，氢及其同位素占到了太阳总质量的84，宇宙质量的75都是氢。而且氢资源丰富，可以由水制取，氢供给燃料电池的产物也是水，可以说，氢不仅是世界上最干净的能源，还能实现能源物质循环利用、可持续发展。
　　当前，我国正面临着能源安全和碳排放两大挑战，在碳中和、碳达峰的目标下，必须调整当前过度依赖化石能源的能源结构。将氢能纳入整个能源体系中，有助于改善我国的高碳能源结构，保障能源安全。
　　目前，氢气的储运主要分为气态、液态和固态3种方式。气态储氢较为常见，但气态氢易燃、易爆、易扩散，这就给氢的储存和运输带来了很大的困难。氢气在一定的低温下会以液态形式存在。因此，可以将氢气压缩、冷却实现液态储存，但低温液态储氢不经济。氢气液化要消耗较大的冷却能量，而且必须使用超低温用的特殊容器。与化石能源或电力等其他非化石能源相比，由于氢能尚未很好地解决储运问题，所以一直处在叫好不叫座的尴尬境地。因此，开发新型高效的储氢材料、安全的储氢技术对氢能的开发利用至关重要。
　　含镁固态储氢系统成本接近锂电池，固态储氢相对于高压气态和液态储氢，具有体积储氢密度高、工作压力低、安全性能好等优势。因此，固态储氢是未来高密度储存和安全氢能利用的发展方向。固态储存需要用到储氢材料，目前技术较为成熟的储氢材料主要是金属合金。储氢合金一般由两部分组成，一部分为吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素，它控制着储氢量的多少，是组成储氢合金的关键元素，主要包括钛、镁等；另一部分是吸氢量小或根本不吸氢的元素，常见的有铁、镍等。
　　这些合金材料与氢气在低温的条件下发生化学反应，氢气在其表面分解为氢原子。合金材料内部有大量细微的晶格，氢原子扩散进入到晶格内部空隙中，形成金属氢化物。想要把氢原子释放出来也很简单，只需施加一定热量，储氢材料就可以析出氢气。目前低温固态储氢材料可以存储其体积上百倍的氢气，因而其储氢密度比液氢还高。这些合金材料性能非常稳定，不会燃烧爆炸，可逆性好，重复使用不低于5000次。
　　近年来，世界各国在固态储氢应用和新型储氢材料的研发上取得了诸多进展，我国近期新研制的含镁储氢材料，储存容量可达每立方米110千克，远超美国能源局提出的储氢终极目标。氢气变身固态油箱或改变未来能源格局。当固态储氢材料得到发展后，氢能利用将会有极大的改变。
　　未来，解决了储运难题，氢能的应用不仅是在备受关注的燃料电池汽车行业，还包括氢能发电、工业应用及建筑应用等，不仅可以作为建筑热电联供电源、微网的可靠电源与移动基站的备用电源，还能够与数字化技术结合，让以固态储氢为氢源的氢燃料电池动力系统在无人驾驶、军用单兵、深海装备等诸多领域发挥重要作用。