最近关注到一条材料科学领域与汽车领域的重要新闻，西安交通大学电气学院张锦英教授团队解决储氢难题，在石墨烯领域又有重大进展。并且该进展受到央视的关注。内容大概为：

张锦英教授 团队 开发了 石墨烯 界面纳米阀固态储氢材料，以高活性 轻金属氢化物 为原材料，在不同 组分界面 建立石墨烯 界面纳米阀结构，通过技术手段 实现储氢材料的 安全、可控、稳定释氢。同时，可实现 有效隔绝水氧，杜绝氢气自发泄露，提高材料的储运安全性，避免了使用笨重保护装置来进行运输，极大地提高了材料便携性和系统储氢密度。

其实从这个新闻里我们可以得到四组关键词。其一是固态储氢，其二是石墨烯，其三是 安全、稳定、可控，最后是便携性。

本次内容我们就关注科技前沿的储氢？具体内容如下：

首先谈一下氢气，氢气作为能源的优点？

氢能是目前已知能源中最为清洁的能源，氢气使用过程产物是水，可以真正做到零排放、无污染，被看做是最具应用前景的能源之一，或成为能源使用的终极形式。“怎样更好地储存、利用氢能”是科学家们一直致力研究的问题。

氢气的利用过去出现哪些问题？

传统的氢气储运主要通过高压气态法或低温液态法实现，高压气态法对容器质量要求高、容易造成氢气的泄露，安全性低。低温液态法需要将氢气冷却至-200℃以下，成本昂贵，经济性差导致适用范围小。同时这两种方法都必须使用笨重的罐体来承压或保温，造成了巨大的有效质量损失，导致总储氢密度大幅降低。

为什么要固态储氢？

而近年来快速发展的常规固态储氢材料将氢原子与金属原子等结合实现氢的储存，是一种更安全、高效的储氢方式，但常规材料中氢的释放存在条件苛刻、动力学缓慢、脱氢不完全、氢气纯度低、催化剂昂贵、催化剂中毒等难以克服的问题，同样限制了其在商业领域的大规模应用。

为什么国家如此重视氢能源？

目前全世界的科技企业和学者都将目光投向了氢能。其实这只是表面现象。要知道能源战略是国家发展战略的重要支柱，背后深层次是发展的问题，能源和一个国家的发展、国运紧密相关。中国、美国等一直在背后较劲。氢能被期待成为脱碳化时代的“理想燃料”。要像石油产品一样在全世界得到使用，构建供应链十分重要。供应链指的是大规模商品流通的过程，包括“制造”、“运输和储存”、“销售”和“使用”4个阶段。

国外在氢能源间的角逐

氢能作为一种储量丰富、热值高、能量密度大、来源多样的绿色能源，被誉为21世纪的“终极能源”。氢能的开发利用也受到了世界各国的高度重视，美国、日本、澳大利亚等国已制定相关政策，将氢能列为国家能源结构的重要组成部分，

氢能源是大国重器！以美国、欧洲、中国以及日本等4个地区为中心，扩大和加强氢能供应链的行动已经开始。能源革命、氢能社会属于未来产业，属于未来大国博弈新焦点。许多国家与地区都在未雨绸缪，纷纷将氢能纳入国家能源战略规划。据国际能源署不久前发布的《全球氢能源进展》报告显示，氢能源技术在2019年保持强劲发展势头，投入运营的电解氢容量创下新纪录。2020年尽管受疫情影响，除韩国以外，全球的氢能产业市场推广速度放慢，但商业化应用案例、示范项目品类大幅增加。据氢云链氢能产业数据库中了解到，全球目前已经有超过20个国家或联盟发布或制定了《国家氢能战略》，这些国家和联盟占世界经济总量达到了75%。其中在政策规划数量上欧洲占比最高。

中国的对氢能源重视

做好碳达峰、碳中和工作，即力争在2030年前使国内二氧化碳排放达到峰值，2060年前实现碳中和，是我国今后一段时期的重点任务之一。积极探索新型清洁能源有助于促进我国碳达峰、碳中和工作的加速进行，加快产业结构的优化。

2016年，十三五国家科技创新规划将氢能、燃料电池列为新一代引领产业变革的颠覆性能源技术，到2019年氢能首次被写入《政府工作报告》，再到最近国家能源局《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》的发布，氢能的能源地位已经基本得到确认。2021年8月10日，工信部将积极配合相关部门制定氢能发展战略，研究推动将氢气内燃机纳入其中予以支持。工信部将根据氢气发动机技术进步和应用推广情况，进一步评估现行标准体系的适应性和差异性，提前布局相关标准预研，适时推动急需标准制定，有力支撑氢气汽车科学合理发展。总之，我国也在积极布局氢能发展战略，逐步完善氢能政策体系。

氢能源的工业制备，运送与储存

既然要用氢能就需要制氢、运氢和储氢，其实和石油一样，首先你得考虑挖石油，其次你得运送石油，最后石油怎么存怎么用？

工业氢气的制备

制氢方法有很多，比如初三化学可就学过用强酸与活泼金属反应法，如

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

用碱金属与水反应法，如

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

可是这些方法成本太高，不够经济。目前制氢技术路线按原料来源主要分为化石原料制氢、化工原料制氢、工业尾气制氢和电解水制氢几种。常规的制氢技术路线中以传统化石能源制氢为主，全球范围内主要是使用天然气制氢，我国由于煤炭资源比较丰富，因此主要使用煤制氢技术路线，占全国制氢技术的60%以上。

目前我国的风力发电和太阳能发电比较快。结合制氢技术，现在也有一些新方向的发展，比如风力发电制氢技术。风力发电和制氢怎么搞到一起的呢？原来是现在要建设以新能源为主的新型电力系统，新能源即风光等资源，其间歇性波动性使电网消纳不能完全，造成一定量的弃风弃光，白白浪费电能。而将多余的风光进行电解制氢即可大大减少弃风弃光。充分利用“三弃”（弃风、弃光、弃水）能源水解制氢，还可以大大降低制氢成本，是实现“绿氢”生产的重要技术环节，也是氢能领域投资的重点领域。美滋滋。

氢气的运输

氢气的运输是重要的一环，目前主要有高压气体运输、液态氢气运输和管道运输等方式。目前国内多采用高压气态运输，国外液态运输略多。高压氢气运输以长管拖车为主、结合集装格小范围补充。高压氢气运输分为集装格和长管拖车两类，其中，集装格由多个40L的、压力为15Mpa的高压储氢钢瓶组成，运输较为灵活，适用于需求量小的加氢站；　长管拖车结构为车头部分和拖车部分，前者提供动力，后者主要提供存储空间，由9个压力为20Mpa、长约10m的高压储氢钢瓶组成，可充装约3500Nm氢气，且拖车在到达加氢站后车头和拖车可分离，运输技术成熟、规范较完善，国内的加氢站目前多采用此类方式运输。液氢槽罐车氢气容量高，国外较多采用该类运输方式。国外气态管道应用相对较多，液态管道运输技术要求较高。

氢气的储存技术对比

氢气的质量能量密度约为120兆焦耳，约为汽油、柴油、天然气的2.7倍，但单位体积能量密度仅为天然气的三分之一，如何保持高能量密度储存是储氢技术的关键。根据用于制氢和用氢的条件，供应区域和需求区域之间的距离等因素，储氢有不同的应用方法。目前主要有高压气态储氢技术、低温液态储氢技术，固态储氢技术及有机物液体储氢技术。

纵观国内储氢市场，高压储氢技术比较成熟，且优点明显，一定时间内都将是国内主推的储氢技术。但由于高压存在安全隐患和体积容量比低的问题，在氢燃料汽车上的应用并不完美，可以推测未来的应用会相对减少。

低温液态储氢技术在我国还处于只服务于航天航空的阶段，短期内应用于民间领域还不太可能。低温液态储氢技术成本高昂，长期来看，在国内商业化应用前景不如其它储氢技术。

固态储氢应用在燃料电池汽车上优点十分明显，但现在仍存在技术上的难题。什么难题呢？第一质量储氢密度；第二降低成本及温度要求。这里就点题了。张锦英教授团队解决的就是这两个问题。首先储氢释氢密度，还克服了低温释氢的行业难题，降低了运输氢气的成本。

固态储氢的原理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。固体储氢材料主要包括碳质材料、金属氢化物、配位氢化物、金属有机骨架和氢气水合物等。固态储氢发现、研制和改性高性能的储氢材料是未来固态储氢发展和氢能利用的关键。

石墨烯与固态储氢

开发高性能的储氢材料一直是实现氢能实用化的重大挑战。理想的储氢材料应满足比表面积大及可逆吸放氢性能好的要求。性能优异的石墨烯被认为是符合以上条件的理想材料。然而，石墨烯虽然 具有大比表面积，但其反应活性较低，不足以促进氢 的离解和后续的吸附，而氢的吸附主要依赖于活性中心。

石墨烯本身的储氢性能并不出众，但 是可以通过金属修饰、杂原子掺杂、空位缺陷等方法 显著提升其储氢性能，这也为石墨烯基复合材料在 电化学储氢领域的应用奠定了基础。以石墨烯为碳 载体负载不同催化剂（如金属、非金属、金属化合物） 制备的石墨烯基复合材料在电化学储氢容量、循环 稳定性等方面均有不同程度的提升，这也说明利用 石墨烯基纳米材料构建高效、快速、可逆、便携、廉价 的电化学储氢系统是未来该领域储氢研究的必然趋 势。而电化学储氢技术作为最有前途的固态储氢方 法之一，不仅可以将氢作为燃料储存，而且还可作为 不同类型能源的基础，将是未来储氢以及能源系统 的重要组成部分。

固态储氢技术的应用

张锦英教授团队还克服了氢气低温释放的行业性难题，实现了石墨烯界面纳米阀固态储氢材料在-40~85℃宽温度范围稳定工作，并成功在50W、200W和1000W燃料电池系统上进行了不同载荷验证。目前团队正在进行基于此新型储氢技术的便携式氢能电源、无人机、氢能源电动车等产品的设计和开发。

新技术的布局已经开始。特别是氢能源材料领域都会有所行动，大家拭目以待。