两种主流的储氢材料介绍

储氢材料可分为物理吸附储氢材料和化学储氢材料。

1.物理储氢材料

物理储氢的主要工作原理是利用范德华力对比表面积大的多孔材料进行氢吸附。物理储氢的优点是吸氢-放氢速度快，物理吸附活化能小，氢吸附仅受储氢材料物理结构的影响。物理吸附储氢材料主要包括：碳基储氢材料、无机多孔材料、金属有机骨架（MOF）共价有机化合物（COF）材料等。

碳基储氢材料

碳基储氢材料因其种类繁多、结构多变、来源广泛而备受关注。鉴于碳基材料与氢的相互作用较弱，材料的储氢性能主要取决于合适的微观形状和孔结构。因此，通过调整材料的比表面积、孔径和孔体积来提高碳基材料的储氢性能。碳基储氢材料主要包括活性炭、碳纳米纤维和碳纳米管。

无机多孔材料

无机多孔材料主要是具有微孔或介孔结构的多孔材料，包括有序多孔材料（沸石分子筛或介孔分子筛）或具有无序多孔结构的天然矿石。沸石分子筛材料和介孔分子筛材料具有规则的孔结构和固定的孔尺寸，结构差异会影响材料的比表面积和孔体积，进而影响材料的储氢性能。

金属有机骨架（MOF）材料

MOF材料是由金属氧化物和有机基团连接而成的常规多孔材料。MOF材料具有密度低、比表面积高、孔道结构多样等优点。

有机化合物共价（COF）材料

COF材料是在MOF一种基于材料开发的新型多孔材料。COF材料的骨架全部由非金属轻元素组成，COF材料晶体密度低，更有利于气体吸附，因此COF材料的储氢性能引起了极大的关注。COF材料的储氢性能直接关系到其物理结构(包括孔体积、孔结构和晶体密度)。

虽然与MOF材料相比，COF材料的储氢性能有所提高，但常温下储氢量仍不尽如人意。研究人员也在研究和改进COF如许多学者将碱金属离子引入材料储氢能力的方法COF这大大提高了材料的储氢性能。

2、化学储氢材料

化学储氢的主要工作原理是氢以原子或离子的形式与其他元素结合，以实现氢的储存。基于化学机制的储氢材料主要包括：金属-合金储氢材料、氢化物储氢材料和液体有机氢化物。

金属-合金储氢材料

金属-合金储氢材料是研究较早的固体储氢材料，制备工艺和制备工艺已经成熟。金属-合金材料不仅具有超强的储氢性能，而且具有操作安全、清洁无污染等优点。然而，金属或合金材料的氢化物通常过于稳定。与物理吸附储氢材料相比，金属-合金储氢材料的储氢和放氢只能在较高的温度条件下进行。合金储氢材料可分为镁、钒、稀土、钛、锆、钙等。

研究人员早在20世纪60年代就发现了金属镁的储氢性能。理论上，镁的储氢量可以达到7.6％（w）。但鉴于金属原子在吸氢过程中需要从颗粒表面扩散到颗粒内部，金属材料的吸氢速度必然受到颗粒尺寸的限制。粒径越小，吸氢速度越快。

(2)稀土储氢材料AB以5型合金为代表。1969年，荷兰Philips发现了实验室LaNi5合金储氢性能。该材料的理论储氢量为1.38%（w），用作镍氢电池的负极材料的商业应用。LaNi5合金的优点是吸氢条件温和，吸氢速度快，对杂质不敏感，平衡压差小；缺点是储氢量小，吸氢后金属晶胞体积膨胀大，易粉化。

(3)钛储氢材料多为合金，常见Ti-Fe，TiZr，Ti-Cr，Ti-Mn等等，其中，研究更多Ti-Fe合金(理论储氢1.86%（w））。Ti-Fe合金资源丰富，制备简单，价格低廉，吸放氢条件温和，但耐毒性差。如果能够在Ti-Fe在合金中加入少量Ni，可显著提高吸放氢性能。另外，使用Co，Mn，Ni，Cr等金属替代Fe也能有效改进Ti-Fe储氢合金。与Ti-Fe合金相比，Ti-Co合金的活化合金的活化性能和抗毒性能，Ti-Mn合金储氢量较高，Ti-Cr合金吸放氢温度更低。

（4）锆系合金中只有C15立方Laves相和C14六方Laves相材料具有储氢能力，理论储氢量介于1.8%～2.4%（w）常用材料包括两者Zr-V合金、Zr-Ni合金、Zr-Cr合金、Zr-Mn合金和Zr-Co合金。Zr-V合金吸放氢速率快，但制备困难；Zr-Ni合金储氢量大，结构稳定，但吸氢可逆性差；Zr-Cr合金氢化物稳定，材料循环寿命高，但不易激活；Zr-Mn合金储氢量大，放电能力强，但成本高；综合性能相对较好Zr-Co合金。

（5）金属钙本身就是很好的储氢材料，理论储氢含量为4.8%（w）。在LaNi基于5合金开发的合金CaNi合金储氢量可达1.9%（w），明显优于LaNi5合金。近年来Ca-Ni-M在系列合金材料中，更突出的是Ca-Mg-Ni储氢材料在吸放氢过程中具有优异的动力学性能。

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