綠氫是實現(xiàn)碳中和重要路徑，為實現(xiàn)”碳達(dá)峰、碳中和“的目標(biāo)，我國正加速氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程。但要實現(xiàn)氫能大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，氫儲運是不能繞開的一個難題。

我國可再生能源資源中心與負(fù)荷中心呈逆向分布，儲運技術(shù)的缺乏限制了我國可再生能源制氫的潛力，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難點。

當(dāng)前儲氫方式主要分為高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫以及有機(jī)化合物儲氫。其中固態(tài)儲氫相比其他，具有兩個顯著優(yōu)勢，一是體積儲氫密度高，二是安全性能好。

固態(tài)儲氫技術(shù)根據(jù)儲氫機(jī)制差異可分為物理吸附型儲氫材料和金屬氫化物基儲氫合金、復(fù)雜氫化物儲氫等。而在所有固態(tài)儲氫材料中，研究最集中、最廣泛，目前也最具有實用化前景的是金屬氫化物。

金屬氫化物合金又可細(xì)分為稀土系、鈦鐵/錳系、釩系和鎂系等。其中氫化鎂憑借豐富的儲量、較高的理論儲氫量（7.6%）和體積儲氫密度（110kg/m3H2）、低廉的成本價格，被認(rèn)為是最有潛力的儲氫體系之一，但鎂系質(zhì)量密度高，但放氫需要消耗大量熱，對熱交換裝置要求高，這很大程度上阻礙了鎂基儲氫材料的廣泛應(yīng)用。

固態(tài)儲氫從體積儲氫密度、安全性等因素考慮，是最具商業(yè)化發(fā)展前景的儲存方式之一，但目前來看尚未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。

要優(yōu)化鎂基材料的儲氫性能就需要調(diào)整其熱力學(xué)和動力學(xué)性能。經(jīng)國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化鎂基材料可以從三個方向考慮，分別為合金化、納米化和添加催化劑。

合金化是指鎂與其他元素形成熱力學(xué)不穩(wěn)定的合金相，以改變儲氫時的反應(yīng)發(fā)生路徑，從而降低了吸放氫反應(yīng)溫度。

其中最具代表性的是Mg-Ni系儲氫合金，Mg2Ni合金能在2MPa氫壓、470~500K的溫度范圍內(nèi)與氫直接反應(yīng)生穩(wěn)定性較低的Mg2NiH4，熱力學(xué)性能較好。此外另一種常見的鎂系合金為Mg2FeH6，其擁有較高的質(zhì)量儲氫密度（5.5%）和體積儲氫密度（150kg/m3）。合金化雖然能夠改善吸放氫的熱力學(xué)性能，但研究發(fā)現(xiàn)，由于在合金化過程中引入重金屬，會導(dǎo)致氫容量急劇下降。且在加氫過程中由于Mg與其他元素之間的鍵斷裂，其可逆性較差，體系的循環(huán)穩(wěn)定性也會下降。

納米化的原理是減小顆粒尺寸，增加Mg顆粒的比表面積，可加快氫分子的解離速度，縮短氫原子的擴(kuò)散路徑，且由于粒子尺寸足夠小，有利于Mg-H鍵的斷裂。研究表明，當(dāng)粒子尺寸為2nm時，Mg及MgH2體系的熱力學(xué)性能能夠被顯著地改善。目前納米鎂基材料制備技術(shù)包括高能球磨法、化學(xué)還原法、氣相沉積法和氫化法等。

添加催化劑時目前最簡單、最高效的改善Mg/MgH2儲氫新能的方法。添加催化劑可以顯著提高 MgH2 的動力學(xué)性能，而不會過度損失其儲氫容量，有效地降低反應(yīng)能壘，從而加快吸放氫速率。目前鎂基儲氫材料催化劑過渡金屬催化劑、過渡金屬氧化物催化劑以及氯化物、氟化物和碳化物等其他過渡金屬化合物催化劑。另外碳基材料是一種良好的催化劑載體，且相比于過渡金屬單質(zhì)，其質(zhì)量密度更小、價格更低，還可以有效抑制MgH2顆粒的團(tuán)聚和長大，有利于提升儲氫密度。

目前鎂基固態(tài)儲氫系統(tǒng)的發(fā)展難點包括：

1.技術(shù)不成熟，體積膨脹問題、傳熱問題以及氫氣流動問題還沒有解決；

2.成本偏高。目前固態(tài)儲氫多處于示范應(yīng)用、實驗室或中試階段，制造批量小，且承壓容器、閥門管道等配件價格高，導(dǎo)致整體固態(tài)儲氫系統(tǒng)價格偏高。

固態(tài)儲氫系統(tǒng)耦合集成吉他應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計不完善，目前的優(yōu)化設(shè)計模型大多未考慮吸放氫過程的物性參數(shù)動態(tài)變化的情況，模擬結(jié)果難以直接用于大容量鎂基固態(tài)儲氫系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。

鎂基儲氫材料價格低廉、儲氫容量高，是最具有發(fā)展前景的一類儲氫材料。要實現(xiàn)鎂基儲氫商業(yè)化，就要解決熱解吸放氫動力學(xué)緩慢、溫度較高，而水解轉(zhuǎn)化率較低等問題，利用納米化、合金化以及添加催化劑的手段開發(fā)同時具備低放氫溫度和高容量的新型鎂基復(fù)合儲氫材料。促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，也需進(jìn)一步開發(fā)高效、高安全的鎂基固態(tài)儲運氫技術(shù)，以實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)。