综述：常温下用于生产-存储和运输-应用耦合的固态储氢合金研究进展

这篇综述创新性地提出了基于海上风电-海水电解制氢-储运-燃料电池应用的全产业链耦合系统，重点探讨了固态储氢合金（HSAs）在实现常温高效氢能转化中的关键作用。文章系统分析了兼容0.5-3 MPa压力阈值的HSAs材料特性，指出AB2型合金（如TiMn2）和Mg基合金在能量密度（141.8 MJ?kg?1）与循环稳定性方面的优势，为构建零碳氢能工业体系提供了技术路径。

　　

氢能革命的固态解决方案

在应对全球能源危机与碳中和目标的背景下，氢能以其141.8 MJ?kg^?1的超高能量密度和零碳排放特性，成为最具潜力的可再生能源载体。然而，传统高压（70 MPa）和低温（-253°C）储氢技术存在效率低、成本高的瓶颈。最新研究表明，固态储氢合金（HSAs）在常温条件下即可实现0.5-3 MPa范围内的可逆吸放氢，其体积储氢密度可达液态氢的1.5倍，为氢能全产业链耦合提供了关键突破口。

电解海水制氢技术突破

海上风电耦合海水电解系统展现出巨大潜力。通过抗腐蚀电极材料和膜分离技术的创新，当前电解效率已提升至75%以上，每立方米海水可产氢1.23 kg。特别值得注意的是，钛锰系AB₂型合金（如Ti_0.95Zr_0.05Mn_1.4V_0.6）可直接吸收电解产生的1.6 MPa低压氢气，避免了传统压缩环节的能耗损失。

储氢合金的性能优化

针对生产-应用端的压力匹配需求，研究筛选出两类核心材料：

1. 1.

   低压型HSAs：Mg₂Ni-RE系合金在20-35°C下具有0.5-1.6 MPa的平坦平台压，循环500次后容量保持率达91.5%

2. 2.

   高压型HSAs：Ti-Cr-V系BCC合金在1.6-3 MPa区间展现40 kg?m^?3的储氢密度，完全满足燃料电池汽车的供氢需求

通过纳米限域和催化掺杂（如石墨烯负载Ni NPs），合金的吸放氢动力学得到显著改善，室温下的完全脱氢时间从传统8小时缩短至30分钟。

系统集成与海洋运输

创新设计的模块化储罐采用多层HSAs复合结构：

• •

  外层MgH₂-TiH₂缓冲层吸收运输震动

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  中层TiMn₂主储氢层实现快速充放

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  内层Pd/Al₂O₃催化膜保证氢气纯度

这种设计使20英尺标准集装箱的运氢量达到300 kg，较高压气瓶运输成本降低62%。

未来挑战与发展

尽管前景广阔，HSAs的大规模应用仍面临三大挑战：

1. 1.

   海水电解中Cl^-导致的合金腐蚀问题

2. 2.

   复杂工况下的材料疲劳机制

3. 3.

   万吨级储罐的热管理优化

随着材料基因组计划和AI辅助设计的推进，新一代多相调控HSAs有望在2030年前实现车载储氢系统重量占比<10%的目标，最终推动氢能经济时代的全面到来。