时间：2026-01-09 分类：冶金
“双碳”战略背景下，绿色化低碳化是我国乃至全球水运交通发展的必然趋势。氢能的应用是实现水路交通行业节能减排的重要途径，而安全高效的储氢技术是实现氢能大规模应用的前提条件。金属氢化物储氢被认为是一种安全、高效、可靠的储氢方式之一。本文首先归纳金属氢化物的储氢原理及分类，然后综述了目前金属氢化物储氢系统的研究现状，分析总结了相关研究方法的优缺点，最后评估了金属氢化物储氢存在的问题与挑战，并从明晰应用场景、攻克关键技术、加强产学研用深度融合等方面对未来金属氢化物储氢技术的推广和发展提出了相关建议。
关键词：金属氢化物;储氢;港口;船舶
论文《金属氢化物储氢研究新进展》发表在《华中师范大学学报(自然科学版)》，版权归《华中师范大学学报(自然科学版)》所有。本文来自网络平台，仅供参考。
引言
化石能源的发现和利用，在大幅提升劳动生产率的同时，也产生了严重的环境问题。我国化石能源资源均衡性欠佳，整体呈现“富煤、贫油、少气”的局面[1]。近年来随着经济高速发展，我国既是最大的能源消费国，也是最大的温室气体排放国。2019年，我国CO₂排放量达到亿吨，占全球排放量的比例显著，其中电力和热力工业、交通运输行业CO₂排放量占比分别约51.4%、27.9%和9.7%，均位居全球和中国碳排放前三位。在双碳战略背景下，我国碳中和的压力巨大[2]。
大力发展非化石能源，推进低碳转型，是我国推进能源革命、促进经济高质量发展的有力抓手。作为可再生能源的良好载体，氢能被认为是实现能源转型革命和碳中和目标的重要方向之一[3]。氢能具有诸多优点：1) 能量密度高，是同质量焦炭、汽油等传统化石燃料热值的3~4倍;2) 转化效率高，氢燃料电池发电效率为40%~60%，若将燃料电池的热能回收再利用，可实现90%以上的综合转化效率;3) 可作为可再生能源的储能载体，对于并网困难的可再生能源电力，可通过电解水反应，将富余电力转化为氢能，待到用电高峰时期，再利用氢燃料电池反应将氢能转化为电能回送电网。
氢能应用技术涉及氢气制氢、储存、加注、应用等环节。安全高效的储氢技术是实现氢能大规模应用的前提条件。目前储氢技术呈现多种方案协同发展的局面，包括高压气态储氢、液化储氢、金属氢化物储氢、液态有机物储氢等，其中，金属氢化物储氢被认为是一种安全高效可靠的储氢发展方向，近年来受到了广泛关注。
以水路交通行业为例，我国90%以上的外贸运输通过水路交通完成，水路交通行业在我国乃至世界经济运行中占有重要地位[5]。水路交通行业用能以燃油消耗、煤炭消耗、电能消耗为主，严重依赖不可持续性发展的化石能源[6-8]。双碳战略背景下，绿色化低碳化是我国乃至全球水运交通发展的必然趋势。根据国际能源署发布的《中国能源体系碳中和路线图》，氢、氨等新型低碳技术对于水路交通行业的碳减排至关重要[9]。
港口和船舶是水路交通的重要组成部分，也是金属氢化物储氢技术的重要应用场景。发达国家积极开展了包括氢动力船舶在内的多项示范项目;我国正在加速布局氢能的交通领域应用，也相继启动了一些氢动力船舶研制，但整体处于前期探索阶段。绿色港口是未来港口发展的必经之路，电动化是未来港口发展的必然趋势[10]。对于太阳能、风能和潮汐能等可再生资源较为丰富的港口，可充分利用可再生能源，通过港口与能源融合的发展模式，将太阳能、风电和潮汐能等一次能源转化为电能、氢能等二次能源，实现港口用能的部分自洽。
本文系统梳理金属氢化物的储氢原理及分类，分析目前金属氢化物储氢系统的研究现状及发展趋势，展望金属氢化物储氢系统的应用前景，最后为金属氢化物储氢技术的推广和发展提出了相关建议。
1 国内外研究现状分析
为了直观呈现金属氢化物储氢研究现状，本文使用CiteSpace可视化软件，从发文量、研究机构和关键词三个方面绘制知识图谱，并结合文献分析法梳理研究主题，总结金属氢化物储氢研究的趋势和热点问题。由图1可以看出，在储氢合金研制、传热传质分析、反应器数值模拟、燃料电池应用等环节均受到广泛关注。
图1 金属氢化物储氢研究现状
Fig.1 Current status of metal hydride hydrogen storage research
(说明：a为2004-2024年国内外金属氢化物储氢文献数量年度变化趋势;b为国内金属氢化物储氢研究关键词共现图谱;c为国内金属氢化物储氢研究关键词时间线图谱;d为国内金属氢化物储氢研究关键词前13位共现信息指标图)
“双碳”战略背景下，氢能的能源属性日益凸显，目前氢能已被正式纳入《中华人民共和国能源法》，并将于2025年1月1日起正式施行。交通领域是氢能应用的重要突破口。高效、安全和可靠的储氢技术是氢燃料电池大规模推广应用的前提条件。常见储氢方式如图2所示。相对目前已广泛应用的高压气态储氢和正处于研究状态的低温液态储氢而言，金属氢化物具有储氢体积密度高、操作压力低、安全性好等优点(表1)。金属氢化物的储氢体积密度甚至高于低温液态储氢，这意味着利用金属氢化物在有限空间内可以存储更多的氢气。同时金属氢化物的操作压力低，例如，深圳市佳华利道新技术开发有限公司开发的金属氢化物储氢系统的操作压力为0.8~1.2 MPa，这将大幅降低因高压氢气引发的安全风险。
图2 常见储氢技术[11-12]
Fig.2 Common hydrogen storage technologies[11-12]
(说明：包含物理储存和材料储存两大类;物理储存含高压气态、深冷压缩、液氢，标注不同压力下的储氢密度;材料储存含吸附储氢、有机液态、间隙氢化物、复杂氢化物、其他化学储氢，标注典型介质及储氢密度范围)
此外，基于活性炭、碳纳米碳管、沸石、金属有机骨架材料等作为储氢介质的物理吸附储氢方式也受到广泛关注，该储氢方式主要利用多孔材料特有的巨大比表面积和孔容积对氢气进行吸附储存，其储氢性能在低温条件(液氮冷却)下较好，而在常温条件下较差，目前仍处于研究状态。基于苯、甲苯、萘、咔唑、N-乙基咔唑、二苄基甲苯等储氢介质的有机液体储氢方式也进入人们视野，并开展了部分示范应用，例如武汉氢阳能源有限公司先后研制成功了基于液体有机供氢技术的氢能大巴、氢能物流车及其配套加氢站。现阶段，有机液体储氢方式的研究重点主要集中在提高低温下有机液体储氢介质的脱氢速率和效率，研究更高效的催化剂和反应条件、降低脱氢成本等方面[13]。各国研究学者除了研究传统的材料性能提升和系统热效应优化，还积极探索金属氢化物储氢系统的应用场景。
表1 不同储氢方式的发展概况、体积储氢密度、质量储氢密度及能耗对比[12]
Tab.1 Development overview, volumetric hydrogen storage density, mass hydrogen storage density and energy consumption of different hydrogen storage methods[12]
| 储氢方式 | 高压气态储氢 | 低温液态储氢(20K) | 金属氢化物储氢(一种化学储氢方式) |
| 发展概况 | 技术相对成熟，近年已实现商业化应用，但存在压缩能耗高、加氢站建设成本高和一定程度的安全性隐患等不足，国内外在高压储氢瓶的生产制造环节上还存在明显差距 | 储氢密度高，但因液化成本较高、罐内低温状态维持难度大而主要应用于航空航天领域，后续将重点突破降低液化能耗和泄漏率 | 未来极具潜力的储氢方向，具有体积储氢密度高、操作压力低、安全性好和释放氢气纯度高等优点，目前研究热点是提高可逆储氢容量并降低工作温度、改善吸/脱氢反应速率 |
| 体积储氢密度 | 15 MPa：10 g·L⁻¹;35 MPa：28 g·L⁻¹;70 MPa：40 g·L⁻¹ | 71 g·L⁻¹ | 100~150 g·L⁻¹ |
| 质量储氢密度 | 15 MPa：0.5%~1%(质量分数);35 MPa：3.9%(质量分数);70 MPa：5.7%~13.36%(质量分数) | 约40%(质量分数) | MgH₂：7.6%(质量分数);Mg₂NiH₄：3.62%(质量分数);TiFeH₂：1.86%(质量分数);LaNi₅H₆：1.38%(质量分数) |
| 能耗 | 约为氢低热值的15.5%(压缩至80 MPa) | 约为氢低热值的50% | 制氢系统出口压力为低压，氢燃料电池系统入口压力为低压，金属氢化物吸脱氢过程均为低压，可减少氢气压缩或液化能耗，但需配置额外热交换设备，缓解吸/脱氢过程中的热效应 |
注：*国内主要采用35 MPa高压储氢罐，国外主要采用70 MPa高压储氢罐;日本丰田Mirai汽车配备的70 MPa高压储氢罐可达5.7%(质量分数);美国Quantum公司开发的70 MPa高压储罐可达13.36%(质量分数)
2 金属氢化物的储氢原理及分类
2.1 金属氢化物的储氢原理
金属氢化物储氢技术主要利用储氢金属(合金)作为储氢介质，通过化学反应或化学吸收的方式形成金属氢化物，进行氢储存，在此期间会释放大量热量。如果反应过程中热量不能有效传递，将导致储氢材料温度上升，进而降低反应速率和储氢容量。当需要释放金属氢化物中储存的氢气时，需要从外界吸收大量热量，如果不能提供充足热能，储氢材料温度将会下降，进而降低脱氢速率，导致储存的氢气不能完全释放出来。一般情况，可通过加热固体储氢材料来实现脱氢。金属氢化物的吸脱氢流程如图3所示。
图3 金属氢化物吸氢脱氢过程示意图[14]
Fig.3 Schematic diagram of hydrogen absorption and dehydrogenation process of metal hydride[14]
(说明：储氢合金与氢气在放热反应下形成氢化物相，氢化物相在吸热反应下分解为储氢合金和氢气)
金属氢化物的储氢过程为：在范德华力作用下，氢气首先被吸附于金属表面，在表面金属原子作用下，氢分子解离为氢原子;氢原子从表面向金属内部扩散进入金属晶格间隙形成α相固溶体;随着氢原子浓度继续增加，其在α相固溶体中达到饱和后发生相变产生β相金属氢化物;当全部α相固溶体转化为β相金属氢化物后氢化反应完成。金属氢化物的脱氢过程则是上述步骤的逆过程。
金属氢化物的储氢原理如下：
式中，M表示储氢合金，n表示金属氢化物中氢原子与金属原子的比例，Q表示吸脱氢过程中释放/吸收的热量(吸氢反应为正值，脱氢反应为负值)。
金属氢化物储氢反应是一个复杂的物理和化学过程，从氢气的预处理、吸收、存储到释放，每一步都涉及多个关键设备。这些设备不仅保证了储氢材料的有效性，还确保了整个过程的安全性和效率。储氢合金表面通常会吸附一些水分和气体杂质，从而生成一层氧化膜，阻止储氢合金吸氢生成金属氢化物。这时需要将合金置于高温高压的环境下，使其与氢气充分接触，之后排气抽真空，让合金循环吸放氢，以激活合金的活性，这一过程被称为储氢合金的活化。
金属氢化物储氢过程中，首先是对氢气进行预处理，确保氢气的纯度，在进入储氢系统之前，运用气体纯化装置去除氢气中的杂质(如水蒸气、氧气、一氧化碳等)并通过压缩机加压;接着，进行氢化物反应器的预处理，利用真空泵在反应器内部形成真空，排除反应器内的空气及其他气体，确保氢气的纯度，同时需要加热器将反应器内的储氢合金加热到预定温度，以提升材料的活性，促进后续的氢气吸收。
金属氢化物储氢系统在经过多个吸氢-脱氢循环后，系统需要进行维护和检修，确保设备正常运行，原位XRD、IR和XPS可以在维护期间用于检测储氢材料的状态，评估材料是否发生了劣化或失效。例如，可以通过XPS观察金属表面是否形成了氧化物层，从而判定材料后续的吸氢效率是否会受到影响。
2.2 常见金属氢化物的结构及种类
从合成元素的角度来看，储氢合金通常由A侧与B侧两类元素组成，其中A侧元素称为氢稳定因素，控制着储氢量，容易与氢反应，形成稳定的氢化物并放出大量的热，主要是IA~VB族金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、稀土元素等;而B侧元素称为氢不稳定因素，控制着吸/放氢的可逆性，起着调节生成热和分解压力的作用，通常条件下不生成氢化物，这些元素主要是ⅥB~Ⅷ族(Pd除外)过渡金属，如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al等[15]。
根据A侧和B侧两类元素的原子比划分，常见的金属氢化物可分为AB₅型、AB₂型、AB型、A₂B型等。LaNi₅H₆是一种常见的AB₅型金属氢化物。
表2 主要传统储氢合金种类[16]及特征
Tab.2 Main conventional hydrogen storage alloy types[16] and characters
| 类型 | AB₅ | AB₂ | AB | A₂B |
| 典型代表 | LaNi₅(Mm、Ml) | ZrM₂、TiM₂(M：Mn、Ni、V等) | TiFe | Mg₂Ni |
| 氢含量(质量分数) | 1.4% | 1.8%~2.4% | 1.9% | 3.6% |
| 活化性能 | 容易活化 | 初期活化困难 | 活化困难 | 活化困难 |
| 吸放氢性能 | 室温吸放氢快 | 室温可吸放氢 | 室温吸放氢 | 高温才能吸放氢 |
| 循环稳定性 | 平衡压力适中，调整后稳定性较好 | 吸放氢可逆性能差 | 反复吸放氢后性能下降 | 吸放氢可逆性能一般 |
| 抗毒化性能 | 不易中毒 | 一般 | 抗杂质气体中毒能力差 | 一般 |
| 价格成本 | 相对较高 | 价格便宜 | 价格便宜，资源丰富 | 价格便宜，资源丰富 |
2.3 储氢合金的制备
储氢合金的制备方法根据不同的形态、产量可分为感应熔炼法、机械合金化法、电弧等离子蒸发法和氢化燃烧法等。
感应熔炼法[17-18]是利用高频感应电源产生的电流，通过水冷铜线圈在金属炉料中产生感应电流，从而生成热量，使金属炉料被加热熔化。电磁感应的搅拌作用使熔体沿顺磁力线方向翻滚，确保充分混合和均质化。这种方法设备操作简单、效率高、温度稳定且易控制，广泛用于工业生产中熔炼钛基、钒基、镁基储氢合金，熔炼规模从几千克到几吨不等。图4为使用真空感应熔炼法制备Mg-Ni-La系三元合金铸的流程[18]。
图4 真空感应熔炼法制备Mg-Ni-La系三元合金铸的操作流程
Fig.4 Operational procedure for preparation of Mg-Ni-La system ternary alloy castings by vacuum induction melting method
(说明：镁锭、镁镍合金、镁镧合金放入氧化铝坩埚，在SG-5-10井式电阻真空熔炼炉中升温熔炼，金属液倒入铜模冷却15min以上，最终获得Mg-Ni-La系三元合金微观结构)
机械合金化法[19-21]利用高能球磨技术，通过反复挤压、断裂、撞击、冷焊接等过程，使不同粉末形成合金。这种方法操作简单，可以将不互溶的金属进行合金化，并通过引入位错、层错、空位等缺陷位点，提升氢原子的扩散和传输速度。此外，该方法还能生成更多活性相/界面，从而显著提高吸放氢动力学性能。然而，由于球磨过程中合金材料粒度不均匀，在反复循环中容易团聚，导致合金储氢性能下降，因此需添加辅助材料或调整工艺参数以提高合金的循环稳定性。
电弧等离子蒸发法[22-23]是在特定气氛条件下(如Ar、H₂、CH₄、N₂、NH₃等)，利用金属与电极之间产生的电弧等离子体来熔化并蒸发金属，蒸汽冷凝后形成储氢材料粉体。这种方法适用于低熔点和沸点的材料，具有效率高、产物纯、粒径可调节、能够实现气相合金化等优势。加入反应型气体还可以获得一些特殊的结构或化合物，例如加入CH₄来电弧等离子体蒸发镁可以制备出具有核壳结构的Mg@C纳米复合储氢材料，而加入NH₃则可制得具有空心结构的Mg(NH₂)₂。
经研究发现，仅通过单一的制备方法很难满足储氢合金制备需求，通常采用多种方法组合的方式来制备储氢性能优异的合金[24]。目前，一种新兴的镁基储氢材料制备方法吸引了众多学者关注，该方法首先通过熔炼、烧结、碳热还原、化学刻蚀、溶胶-凝胶以及煅烧等技术制备催化剂，然后通过机械球磨将催化剂引入MgH₂基体中制备镁基储氢材料。Akbarzadeh等[25]首先采用真空熔炼制备了Ce-Ni合金并通过机械球磨将其引入MgH₂中，此过程显著提高了球磨效率，使得复合材料形成纳米晶结构，从而降低了MgH₂的脱氢温度。Hou等[26]以西柚皮为原料制备生物质碳并在其上负载Ni金属(Ni/BC)作为催化剂，随后通过机械球磨将其加入MgH₂中，该复合材料的动力学性能大幅提升，这主要因为吸放氢过程中原位生成的Mg₂Ni/Mg₂NiH₄相系加速了氢原子的扩散，除此之外，该材料还表现出优良的循环稳定性，经过20次吸放氢循环后，储氢容量保持率高达99%。
3 金属氢化物储氢系统研究
3.1 材料性能提升
AB₅型储氢合金是早期研究的储氢材料之一，其结构中A侧通常由La一种或者包含Ce、Pr或Nd的多种稀土元素构成，B侧由Ni、Co、Mn、Al等不吸氢金属组成。为了提升其储氢性能，通常采用成分优化、结构调控和调节化学计量比等策略。A侧的优化是通过用不同稀土元素(如Ce、Pr、Nb、Sm、Gd等)部分或完全替代La，提高合金的储氢容量和循环稳定性;B侧的优化则通过引入第三组分元素(如Al、Cu、Mn、Si、Ca、Zr、V、Co、Ag等)部分取代Ni，以改善合金储氢性能。
尽管AB₅型储氢合金具有优良性能，但仍面临晶格应力大、成分偏析和结构缺陷的问题。为解决这些问题，研究人员广泛采用快淬和退火工艺，消除结构应力和成分偏析，提升循环稳定性。同时，通过调控合金成分和冷却速度，可以进一步优化微观结构，提升储氢性能[27]。
另外，也可以制备非化学计量比储氢合金，即A、B组分的比例偏离化学计量比。在La-Ni二元体系中，当Ni含量过贫或过富时，将发生偏析现象，产生第二相。这些第二相的分布、形态、大小和成分对合金的性能有重要影响。通过元素取代，也可以在LaNi₅合金中形成第二相，例如Zhu等[28]发现部分取代LaNi₅中的Ni可以在合金中生成(Fe,Ni)相，并通过高分辨TEM进行了验证(图5);(Fe,Ni)相可以在合金吸放氢循环过程中起到缓冲作用，从而提高合金的循环寿命。
图5 LaNi₄.₅Fe₀.₅合金的表征结果
Fig.5 Characterization of LaNi₄.₅Fe₀.₅ alloy
(说明：a为TEM显微组织，b为SAED衍射环，c为高分辨TEM图像，标注LaNi₅(110)晶面和100nm、5nm尺度)
AB₂型相储氢合金分为Zr基和Ti基两大类。由于这类合金抗杂质气体性能欠佳，研究者们通过表面处理和元素掺杂来提升吸脱氢循环稳定性。在结构控制方面，可利用快速冷凝和退火处理实现合金均质化。快速冷凝可使合金熔体在很短的时间内迅速冷却，从而抑制元素偏析，并使合金组织均匀、晶粒细化，改善储氢性能;退火处理是在惰性气体保护下将合金加热到一定温度并保温，使合金均质化，减少内部的应力，提高吸氢容量和循环寿命。如图6所示，采用溶剂热法制备了Ti基金属有机框架MIL-125-(Ti)，接着通过高能球磨制备NaAlH₄与MIL-125-(Ti)混合物，最后根据该混合物的TPD放氢曲线图以及不同放氢阶段的XRD图谱，说明Ti基金属有机框架MIL-125-(Ti)能降低NaAlH₄的放氢工作温度，提高了其放氢动力学性能，同时改善了NaAlH₄的吸放氢可逆性和循环性能。
图6 金属氢化物材料性能提升[29]
Fig.6 Performance enhancement for metal hydride material[29]
(说明：Ti基金属有机框架MIL-125-(Ti)与NaAlH₄通过高能球磨混合，实现降低放氢工作温度、提高吸放氢可逆性、改善吸放氢循环性能的效果)
TiFe合金在储氢材料中也很重要，但存在表面易形成致密氧化层的问题，从而导致其活化困难。TiFe合金通常需要在高温(400℃以上)和高氢气压力(5MPa以上)中活化。目前通常采用元素取代方法，如用Mn、Cr、Zr和Ni等过渡元素取代TiFe合金中的部分Ti或Fe，来提升TiFe合金的储氢性能，改善其活化性能。
3.2 系统热效应优化
金属氢化物储氢系统是以储氢合金为储氢介质提供氢气供应的系统，既是一个反应器，又是一个热交换器。储氢材料在吸氢时释放热量，在脱氢时吸收热量，由此引发的热效应将导致系统温度急剧升高或降低，阻碍吸/脱氢过程的快速进行。金属氢化物吸/脱氢过程中显著的热效应问题严重影响了其储氢性能和吸/脱氢反应速率。
PCT曲线又称为压力-组份-等温线，表示在一定温度下，储氢合金每一步吸(放)氢原子量与平衡压力的关系，即一系列氢压与氢浓度达到平衡时的等温线。从PCT曲线中，可以获得储氢合金在一定温度下的吸放氢平台压、平台宽度、平台斜率以及平台滞后性等性能参数。储氢材料的PCT曲线是构建金属氢化物储氢数值模型和开展系统热效应研究的基础。
关于金属氢化物储氢系统的热效应研究主要利用数值模型开展。西安交通大学杨福胜等[30]将金属氢化物反应器的形式归纳成三种，即管式、盘式和罐式。北京有色金属研究总院蒋利军等[31]建立金属氢化物吸氢过程的数值模型，研究了氢气压力、换热系数以及金属氢化物储罐外形特征对吸氢过程的影响，研究结果表明当储罐高度与半径的比值为2时，系统达到饱和状态的耗时最长。但是这个比值可能仅限于特定储罐，针对大型储氢系统，还需进一步具体分析。除了分布参数模型和集总参数模型对应的数值解，也有专家学者通过金属氢化物储氢系统的解析解进行相关研究[32]，金属氢化物储氢系统的解析解，可作为验证数值模型有效性的参考，同时可用来简单估算储氢系统性能。
为应对金属氢化物吸/脱氢过程热效应问题，金属氢化物系统通常配备各种换热器，用于加强储氢系统与外界环境的热交换，改善系统储氢性能和反应速率。金属氢化物系统中常用的换热装置可分为以下三类：
1) 管式换热器。美国普渡大学研究人员将螺旋管散热器应用于高压金属氢化物储氢系统，并进行实验和模拟研究[33]。随后，西安交通大学吴震等[34]建立三维模拟，研究螺旋管几何尺寸、换热系数以及初始条件对储氢性能影响，并进行优化。在此基础上，本课题组[35]构建了简化的二维轴对称模型，提高运算效率。西安交通大学张早校等[36]通过实验和数值模拟研究了配备微通道散热器的金属氢化物储罐的性能。西安交通大学杨福胜等[37]将环形翅片管和水套换热器应用于金属氢化物储罐，并对金属翅片的结构对储氢性能的影响进行了研究。西北大学王玉琪等[38]设计新型金属氢化物储罐(罐内散热管以辐射状分布，罐外配置水套)，并对相关参数进行了灵敏分析。换热器通常以水作为介质，通常换热器结构越复杂，换热性能越好，同时对金属氢化物储氢系统的集成和制造难度越大，需避免换热器中循环水泄漏而致使金属氢化物材料失效。
2) 金属泡沫。加拿大三河城魁北克大学氢能研究所通过实验和模拟研究配置金属泡沫型散热器的金属氢化物储氢系统，分析金属泡沫孔径尺寸对吸/脱氢过程的温度和储氢量影响[39]。在此基础上，突尼斯莫纳斯提尔国立工程师学院(Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir)进一步研究了金属泡沫的材质以及相对密度对储氢性能的影响[40]。除了实验室用储罐外，金属泡沫也可应用于大型储罐，提升金属氢化物有效热导率。
3) 相变材料(phase change materials, PCM)换热器。相变材料可储存氢化过程释放的反应热并用于脱氢过程，实现热能循环利用[41]。文献[42]将金属泡沫与相变材料结合，提升复合相变材料有效热导率，实现有效的热管理和热优化，提升系统储氢效率。相变材料可实现热量回收与再利用，研制高热导率和高潜热的复合相变材料有利于进一步提升换热器性能。
此外，在金属氢化物储氢系统反应速率调控方面，相关研究仍缺乏一定的系统性和理论性。国家标准《GB/T33292-2016燃料电池备用电源用金属氢化物储氢系统》中对系统吸/脱氢反应速率额定数值提出了要求，并未明确具体调控措施。虽然通过元素替代、表面处理、掺杂添加剂等方法可改善金属氢化物样品的反应速率[43]，但在实际应用过程中，大容量金属氢化物储氢系统通常具备结构复杂且换热形式多样等特征。在多种因素耦合作用下，其反应速率与实验少量金属氢化物样品的反应速率仍存在较大区别，需要经过系统集成设计和性能调控[44]，才能满足氢能应用设备的用氢需求。
综合国内外相关研究进展可以看出，目前绝大多数研究对象集中在小型实验室用金属氢化物储罐，其储罐结构简单且换热形式单一，研究重点大多局限于如何提高系统储氢量。现有金属氢化物储氢系统热效应问题应对措施及其系统性设计理论尚有待完善，特别针对具体应用场景，在受限空间内复杂换热条件下的金属氢化物储氢系统反应速率调控机理仍需进一步探究。
4 金属氢化物储氢系统的应用
在双碳战略政策的牵引下，氢能及其应用受到各行业领域广泛关注。安全高效的储氢方式是实现氢能大规模推广应用的前提条件。新型储氢材料的应用通常包括材料制备、性能提升、集成设计和系统应用等环节，应用过程中所遇到的问题又会进一步推动新型储氢材料的研发。整体来看，金属氢化物储氢因特有的优势，在氢能汽车、氢能船舶、氢燃料电池电站等方面具有广阔应用前景。
4.1 氢能汽车
氢燃料电池汽车是典型的氢能应用场景，受到各国广泛关注。高压储氢广泛应用于氢燃料电池汽车，但其安全性问题，容易引起大众的质疑与担忧，在一定程度上限制其大规模推广。金属氢化物体积储氢密度高，但质量储氢密度偏低，导致储氢系统偏重，但对重量不敏感的车型仍具有一定应用场景，例如，公交汽车、重型卡车、物流车和叉车等。
2019年，深圳市佳华利道新技术开发有限公司与佛山市飞驰汽车制造有限公司成功研制出全国首台基于AB₂型金属氢化物储氢方式的氢燃料电池公交车。在相同体积下，该系统可有效储存的氢气质量是传统高压储氢系统的3倍。2020年4月，深圳市佳华利道新技术开发有限公司与北京有研工程技术研究院有限公司合作开发了4.5t金属氢化物储氢燃料电池冷链物流展示车，该金属氢化物储氢系统的额定储氢量为8.4kg，可满足日均160~180km配送里程需求。
应用于氢燃料电池车的金属氢化物储氢系统通常有如下特点：1) 高储氢容量，合金的质量储氢密度一般要高于1.7%(质量分数);2) 合适且平坦的压力平台，能在环境温度下进行操作，室温下压力通常在1~5MPa左右即可;3) 易于活化;4) 吸放氢速度快;5) 良好的抗气体杂质中毒特性和长期使用稳定性[43]。目前，金属氢化物储氢技术在燃料电池车领域的应用仍处于研发或示范阶段，未来应用前景广阔。
4.2 氢能船舶
世界范围内，氢燃料电池船舶主要采用高压气态储氢和金属氢化物储氢。近年来我国也开始研制氢燃料电池船舶，但与国外相比还存在差距。德国的“Alsterwasser”号游船[45]、荷兰的“NemoH₂”号快艇[46]、韩国釜山海域运行的氢燃料电池游船[47]以及我国“三峡氢舟1号”公务船、“西海新源1号”氢能游船等均采用高压气态储氢。20世纪90年代德国率先研制装备氢燃料电池的212A 型潜艇，采用金属氢化物储氢系统[48]。英国伯明翰大学将金属氢化物储氢罐应用于小型船舶。近期，意大利Fincantieri集团(世界上最大的邮轮建造商之一)设计了一艘氢燃料电池动力试验船“宙斯”(Zero Emission Ultimate Ship, ZEUS)号，搭载了130kW燃料电池系统和基于金属氢化物的储氢装置(图8)。该储氢装置由8个金属氢化物储氢罐组成，可储存氢气约50kg。当燃料电池配合电池系统工作时，该船以约7.5节的航速可进行约8h的零排放航行。2022年10月，“ZEUS”号已入级意大利船级社(RINA)[49]。此外，美国Sandia国家实验室曾尝试以液态储氢方式为氢燃料电池渡船供给燃料[50]。挪威启动名为“HySHIP”的项目，计划建造一艘以液氢为燃料的滚装船“Topeka”轮。
图7 金属氢化物材料制备与储氢系统应用
Fig.7 Metal hydride material preparation and hydrogen storage system applications
(说明：包含材料制备、性能提升、集成设计、系统应用四个环节，形成闭环)
图8 氢动力试验船ZEUS在“氢电”模式下的动力系统示意图
Fig.8 Schematic diagram of the power system of hydrogen-powered test vessel ZEUS in "hydrogen-powered" mode
(说明：船舶总长25.6m，型宽6.4m，吨位100t;动力系统包含50kg H₂的MH储氢罐、130kW PEMFC、160kWh蓄电池、推进器及其他负载，零排放模式下以7.5节航速可航行约8h)
相对目前已广泛应用的高压气态储氢和正处于研究状态的低温液态储氢而言，金属氢化物在储氢罐的储氢潜力，具有储氢体积密度高、操作压力低、安全性好以及释放氢气纯度高等优点。尽管金属氢化物储氢方式也存在质量储氢密度较低的缺点，但可应用于潜艇、船舶等对重量不敏感的大型器械[51]，而且相比于基于锂电池的船用储能系统[52]，其储能密度更高，例如，3800kg锂电池组可存储电能约217kWh，相同质量的Mg₂NiH₄可存储氢气111.6kg，可产生电能约2171kWh。金属氢化物储氢方式为解决氢动力船舶或其他对重量不敏感的大型器械的大容量安全储氢难题提供了一个备选方案。
4.3 氢燃料电池发电站
金属氢化物储氢系统凭借其充氢压力低、稳定性能好、存储压力低、安全性能高、氢密度大、系统体积小等优点，特别适合于固定式储氢场景，如燃料电池发电站系统，其示意图如图9所示。此类系统可以将利用可再生能源电解水制得的氢气储存起来，并在需求时通过燃料电池进行发电。相比于氢动力载运工具，氢燃料电池发电站对储氢系统的质量储氢密度要求相对较低，但对体积储氢密度的要求更高。金属氢化物储氢系统的体积储氢密度优于液态氢，同时由于其对氢气的净化提纯作用，可为燃料电池提供高纯度氢源，从而延长燃料电池的使用寿命。
图9 氢燃料电池发电站示意图
Fig.9 Schematic diagram of a hydrogen fuel cell power station
(说明：风电机组、光伏机组产生的电能通过电解水制氢，氢气经金属氢化物储氢系统储存，需求时通过燃料电池发电并入电网)
世界各国都在积极研发并示范金属氢化物储氢技术在燃料电池发电中的应用。例如，意大利普利亚地区建设的39MWh可再生能源制氢储能系统，利用3.5GW的太阳能、风能和生物能资源组成的发电系统电解水制氢，然后由储氢容量超过1t的金属氢化物储氢系统为一套1.2MW的氢燃料电池系统提供氢气发电。日本东芝公司开发出的集可再生能源电解制氢、储存以及燃料电池发电、供热为一体的独立综合能源系统“HOne”，广泛应用于医院、酒店和岛屿等作为应急电源或分布式供能系统。该系统采用装有稀土系LaNi₅型储氢合金的储氢罐进行储氢，为燃料电池提供高纯度氢源。自2015年以来，“HOne”系统已在日本多地示范运行，并扩展到新加坡，并有望在菲律宾、印度尼西亚等国推广应用。
我国在金属氢化物储氢技术的研发上也取得了一定进展。国家电网有限公司于2014年启动了“氢储能关键技术及其在新能源接入中的应用”前期研究项目，建设了包括光伏模拟、2Nm³·h⁻¹电解水制氢、16Nm³金属氢化物储氢及质子交换膜燃料电池模块的氢储能实验平台。该平台具备了氢储能系统效率测试能力，为未来大规模可再生能源制氢的关键技术研究及应用提供了理论基础。北京有研工程技术研究院在北京怀柔基地建立了一个从风电电解制氢、储氢到燃料电池发电的完整示范系统，采用单体储氢容量为500m³的钛基金属氢化物储氢方式。广东省稀有金属研究所开发的42m³金属氢化物储氢系统，可为3kW的燃料电池系统连续供电10h以上，已远销欧洲，应用于离岸岛屿的分布式电源系统。
随着世界各国大规模可再生能源制氢技术的发展和产业化进程的推进，越来越多的可再生能源制氢发电项目将会落地实施。金属氢化物储氢技术由于其高的储氢密度和优异的安全性能，在未来的氢能发电领域中有望得到更广泛的应用。特别是在大规模可再生能源制氢项目中，金属氢化物储氢系统不仅能有效提升氢气的存储效率，还能为燃料电池提供高纯度的氢气，从而延长燃料电池的使用寿命，并提高整体系统的经济性和可持续性。
随着全球能源结构的转型和可再生能源的快速发展，固定式储能系统在电力系统中的地位日益重要。金属氢化物储氢技术因其高体积储氢密度和安全性，被认为是未来固定式储能系统的关键技术之一。这种技术不仅可以用于风电、光伏等可再生能源的储能，还可以应用于电网调峰调频、应急电源和分布式能源系统。例如，德国Fraunhofer[53]研究所正开发利用金属氢化物储氢系统的智能电网储能装置，该装置能够在电力需求高峰期释放氢气发电，并在低谷时吸收氢气进行储存，从而平衡电网负荷。
4.4 其他应用
在航空航天领域，氢气作为一种高能量密度的燃料，已成为未来航空器和航天器推进系统的重要选择。然而，氢气的安全高效存储一直是一个重大挑战。金属氢化物储氢系统凭借其高体积储氢密度和低操作压力，成为航天器储氢的理想选择。美国国家航空航天局(NASA)[54]和欧洲航天局(ESA)[56]等机构正积极研究基于金属氢化物的储氢技术，以支持未来的长时间空间任务和氢燃料火箭。例如，NASA的研究表明，钛铁和钛锆钒金属氢化物储氢系统在长期航天任务中表现出优异的储氢能力和可靠性。
5 总结与展望
在双碳战略背景下，氢能及其应用是实现交通、能源等领域绿色高质量发展的重要措施，安全高效储氢技术是实现氢能大规模应用的前提条件，金属氢化物储氢方式为解决氢动力船舶或其他对重量不敏感的大型器械的大容量安全储氢难题提供了一个备选方案。通过查阅国内外文献，本文归纳了目前常见的储氢技术，对比分析了金属氢化物储氢技术的优势与劣势，阐述了金属氢化物储氢的基本原理及分类，剖析了金属氢化物储氢系统的现状及未来发展方向，在此基础上，进一步分析了金属氢化物储氢系统在相应领域的应用前景，并对金属氢化物储氢领域进行了展望：
1) 高性能储氢材料制备技术。随着先进制备技术的不断发展，有望进一步研发性能优异的金属氢化物储氢材料。如化学气相沉积方法，通过精确控制材料的微观结构和化学成分，实现储氢性能的显著提升。纳米结构材料和复合材料的引入，也显著改善了吸放氢速率和循环稳定性。
2) 先进的原位表征技术。随着仪器设备的不断升级，金属氢化物储氢的原位机理得到了更深入的探讨。原位X射线衍射、原位红外光谱、原位X射线光电子能谱、原位透射电子显微镜等技术的应用，使得储氢材料在吸脱氢过程中的结构变化能够被实时观测，金属氢化物储氢反应过程得以更加精确地解析。通过原位表征手段，能够实时观察储氢材料的结构演变及其与氢气的反应过程，从而识别影响材料性能的关键因素，如相变温度、氢化物的形成和分解机制等。这些表征手段有望进一步揭示储氢材料内部反应机制，助力储氢材料组成与制备工艺的优化，从而进一步提升储氢材料的储氢性能。
3) 理论计算与大数据技术。随着大数据和计算机模拟技术的进步，理论计算在揭示储氢机理和指导新材料设计方面发挥了关键作用。密度泛函理论(density functional theory, DFT)和分子动力学模拟等计算方法被广泛应用于金属氢化物的研究中。使用这些方法，不仅能够深入理解氢原子在材料中的扩散路径及其对材料稳定性的影响，还能预测材料的储氢能力，为高效储氢材料的开发提供强有力的理论支持。此外，人工智能和机器学习技术的发展使得高通量计算筛选成为可能，有望进一步加速储氢材料性能的预测和优化过程。
目前金属氢化物储氢技术仍处于商业应用的初期。在后续应用和推广过程中，首先需要明晰应用场景，选取合适应用对象，例如，对重量不太敏感的大型器械、固定式储氢系统等均具有良好应用前景;其次仍需攻克金属氢化物储氢系统的关键技术，包括高性能的储氢合金材料、系统集成设计和控制技术等;最后还需借助政府、企业、科研院所等各方优势，进行产学研用深度融合，通过开展应用示范，积累工程化经验，为后续的大规模应用提供依托。
参考文献
[1] 李燚芳，刘元昊，曹红强，等. 适合高含硫天然气的脱硫脱碳工艺研究[J]. 化学与生物工程，2023，40(7)：65-68. LI Y F, LIU Y H, CAO H Q, et al. Desulfurization and decarbonization process suitable for high-sulfur natural gas[J]. Chemistry & Bioengineering, 2023, 40(7): 65-68. (in Chinese)
[2] 周建华，葛泮珠，黄爱斌，等. 油脂加氢生产生物喷气燃料(SRJET)技术及工业应用[J]. 石油炼制与化工，2023，54(12)：1-5. ZHOU J H, GE P Z, HUANG A B, et al. SRJET technology for hydrogenation of waste oils and fats to produce bio-jet fuel and its commercial application[J]. Petroleum Processing and Petrochemicals, 2023, 54(12): 1-5. (in Chinese)
[3] 王成，杨雪，林伟. 电解水钌基酸性析氧催化剂的研究进展[J]. 石油炼制与化工，2023，54(10)：1-10. WANG C, YANG X, LIN W. Research progress of ruthenium-based acidic oxygen evolution catalyst in water electrolysis[J]. Petroleum Processing and Petrochemicals, 2023, 54(10): 1-10. (in Chinese)
[4] 陈芳，李婷慧，董佳丹，等. 基于遥感监测的大气污染物减排成效评估——以湖北省“十一五”以来SO₂与NOₓ减排为例[J]. 华中师范大学学报(自然科学版)，2023，57(1)：89-95. CHEN F, LI T H, DONG J D, et al. Reduction effect assessment of pollutant emission control based on remote sensing monitoring: a case of SO₂ and NOₓ control in Hubei Province since the Eleventh Five-Year Plan[J]. Journal of Central China Normal University (Natural Sciences), 2023, 57(1): 89-95. (in Chinese)
[5] 严新平，韩亚，吴兵，等. 水路交通系统的发展现状与未来展望[J]. 中国航海，2024，47(2)：145-152. YAN X P, HAN Y, WU B, et al. Current development and future prospects of waterborne transportation systems[J]. Navigation of China, 2024, 47(2): 145-152. (in Chinese)
[6] 袁裕鹏，袁成清，徐洪磊，等. 我国水路交通与能源融合发展路径探析[J]. 中国工程科学，2022，24(3)：184-194. YUAN Y P, YUAN C Q, XU H L, et al. Pathway for integrated development of waterway transportation and energy in China[J]. Strategic Study of CAE, 2022, 24(3): 184-194. (in Chinese)
[7] 李国峰，仝慧颖，郭凯凌，等. 燃煤电厂脱硝反应用低温SCR催化剂的制备及性能评价[J]. 化学与生物工程，2023，40(11)：52-55. LI G F, TONG H Y, GUO K L, et al. Preparation and performance evaluation of low-temperature SCR catalyst for denitrification in coal-fired power plant[J]. Chemistry & Bioengineering, 2023, 40(11): 52-55. (in Chinese)
[8] 吴巧生，周娜，成金华. 总体国家安全观下关键矿产资源安全治理的国家逻辑[J]. 华中师范大学学报(自然科学版)，2023，57(1)：24-35. WU Q S, ZHOU N, CHENG J H, et al. A national logic for the security of critical minerals under a holistic approach to national security[J]. Journal of Central China Normal University (Natural Sciences), 2023, 57(1): 24-35. (in Chinese)
[9] International Energy Agency. An energy sector roadmap to carbon neutrality in China[EB/OL]. (2022-04-14)[2024-12-10]. https://www.iea.org/reports/an-energy-sector-roadmap-to-carbon-neutrality-in-china.
[10] CLEMENTE D, CABRAL T, ROSA-SANTOS P, et al. Blue seaports: the smart, sustainable and electrified ports of the future[J]. Smart Cities, 2023, 6(3): 1560-1588.
[11] Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office of the United States. Hydrogen storage[EB/OL]. [2024-08-12]. https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-storage.
[12] REN J W, MU SYOKAN M, LANGMI H W, et al. Current research trends and perspectives on materials-based hydrogen storage solutions: a critical review[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2017, 42(1): 289-311.
[13] 邹建新. 氢气储存和运输[M]. 北京：机械工业出版社，2023. ZOU J X. Hydrogen storage and transport[M]. Beijing: Mechanical Industry Press, 2023. (in Chinese)
[14] SUN Y, SHEN C, LAI Q, et al. Tailoring magnesium based materials for hydrogen storage through synthesis: current state of the art[J]. Energy Storage Materials, 2018, 10: 168-198.
[15] 吴朝玲，李永涛，李媛. 氢气储存和输运[M]. 北京：化学工业出版社，2020. WU C L, LI Y T, LI Y. Hydrogen storage and transport[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2020. (in Chinese)
[16] 李星国. 氢与氢能[M]. 北京：科学出版社，2022. LI X G. Hydrogen and hydrogen energy[M]. Beijing: Science Press, 2022. (in Chinese)
[17] 蔡颖，许剑轶，胡锋，等. 储氢技术与材料[M]. 北京：化学工业出版社，2018. CAI Y, XU J Y, HU F, et al. Hydrogen storage technology and materials[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2018. (in Chinese)
[18] 刘赫. 镁基储氢合金的制备及组织性能的研究[D]. 北京：华北电力大学，2022. LIU H. Preparation, microstructure and properties of magnesium based hydrogen storage alloy[D]. Beijing: North China Electric Power University, 2022. (in Chinese)
[19] ZOU J, LONG S, CHEN X, et al. Preparation and hydrogen sorption properties of a Ni decorated Mg based Mg@Ni nano-composite[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2015, 40(4): 1820-1828.
[20] ZOU J, ZENG X, YING Y, et al. Study on the hydrogen storage properties of core-shell structured Mg-RE (RE=Nd, Gd, Er) nano-composites synthesized through arc plasma method[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2013, 38(5): 2337-2346.
[21] 殷凌云. MgNi基储氢合金的相结构与性能研究[D]. 沈阳：沈阳工业大学，2023. YIN L Y. Study of phase structure and properties of MgNi based hydrogen storage alloys[D]. Shenyang: Shenyang University of Technology, 2023. (in Chinese)
[22] ZOU J, ZENG X, YING Y, et al. Preparation and hydrogen sorption properties of a nano-structured Mg based Mg-La-O composite[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2012, 37(17): 13067-13073.
[23] 孙海全. 直流电弧等离子体法制备镁基超细复合材料及其储氢性能研究[D]. 上海：上海交通大学，2012. SUN H Q. Synthesis and hydrogen storage properties of Mg-based ultrafine composite materials[D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2012. (in Chinese)
[24] 吴少鹏. 机械合金化法制备镁基储氢材料及机理研究[D]. 昆明：昆明理工大学，2023. WU S P. Preparation of magnesium-based hydrogen storage materials by mechanical alloying method and mechanism research[D]. Kunming: Kunming University of Science and Technology, 2023. (in Chinese)
[25] AKBARZADEH F Z, RAJABI M. Mechanical alloying fabrication of nickel/cerium/MgH₂ nanocomposite for hydrogen storage: Molecular dynamics study and experimental verification[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2022, 899: 163280.
[26] HOU Q, ZHANG J, XIN T A O G, et al. Synthesis of low cost biomass charcoal-based Ni nano catalyst and evaluation of their kinetic enhancement of MgH₂[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2022, 47(34): 15209-15223.
[27] 陈思，张宁，阚洪敏，等. LaNi₅系储氢合金的研究现状及展望[J]. 化工新型材料，2017，45(9)：26-28. CHEN S, ZHANG N, KAN H M, et al. Advance and trend of LaNi₅ base hydrogen storage material[J]. New Chemical Materials, 2017, 45(9): 26-28. (in Chinese)
[28] ZHU W, YANG H, XU J, et al. Function mechanism of Fe in improving cycle stability and plateau characteristics of AB₅-type hydrogen storage alloys[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2024, 63: 1013-1024.
[29] 张欣. 基于金属有机框架的纳米催化剂制备及其对NaAlH₄吸放氢性能的影响[D]. 杭州：浙江大学，2016. ZHANG X. Preparation of nanocatalysts derived from metal organic frameworks and their effects on hydrogen absorption/desorption properties of NaAlH₄[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2016. (in Chinese)
[30] YANG F S, WANG G X, ZHANG Z X, et al. Design of the metal hydride reactors-a review on the key technical issues[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35(8): 3832-3840.
[31] YE J, JIANG L, LI Z, et al. Numerical analysis of heat and mass transfer during absorption of hydrogen in metal hydride based hydrogen storage tanks[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35(15): 8216-8224.
[32] XIAO J S, TONG L, BÉNARD P, et al. Thermodynamic analysis for hydriding-dehydriding cycle of metal hydride system[J/OL]. Energy, 2020, 191[2024-08-12]. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116535.
[33] VISARIA M, MUDAWARI. Coiled-tube heat exchanger for high-pressure metal hydride hydrogen storage systems-Part 2. Computational model[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2012, 55(5-6): 1796-1806.
[34] WU Z, YANG F S, ZHANG Z X, et al. Magnesium based metal hydride reactor incorporating helical coil heat exchanger: simulation study and optimal design[J]. Applied Energy, 2014, 130: 712-722.
[35] TONG L, XIAO J S, YANG T Q, et al. Complete and reduced models for metal hydride reactor with coiled-tube heat exchanger[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2019, 44(30): 15907-15916.
[36] MENG X Y, WU Z, BAO Z W, et al. Performance simulation and experimental confirmation of a mini-channel metal hydrides reactor[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2013, 38(35): 15242-15253.
[37] BAI X S, YANG W W, ZHANG W Y, et al. Hydrogen absorption performance of a novel cylindrical MH reactor with combined loop-type finned tube and cooling jacket heat exchanger[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2020, 45(52): 28100-28115.
[38] WANG D, WANG Y Q, HUANG Z N, et al. Design optimization and sensitivity analysis of the radiation minichannel metal hydride reactor[J]. Energy, 2019, 173: 443-456.
[39] LAURENCELLE F, GOYETTE J. Simulation of heat transfer in a metal hydride reactor with aluminium foam[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2007, 32(14): 2957-2964.
[40] MELLOULI S, DHAOU H, ASKRIF, et al. Hydrogen storage in metal hydride tanks equipped with metal foam heat exchanger[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 34(23): 9393-9401.
[41] MAAD H B, ASKRIF, NASRALLAH S B. Heat and mass transfer in a metal hydrogen reactor equipped with a phase-change heat-exchanger[J]. International Journal of Thermal Sciences, 2016, 99: 271-278.
[42] TONG L, XIAO J S, BÉNARD P, et al. Thermal management of metal hydride hydrogen storage reservoir using phase change materials[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2019, 44(38): 21055-21066.
[43] 李谦，罗群. 金属氢化物热力学与动力学[M]. 上海：上海大学出版社，2021. LI Q, LUO Q. Thermodynamics and kinetics of metal hydrides[M]. Shanghai: Shanghai University Press, 2021. (in Chinese)
[44] 张晨晨，孙立贤，欧阳义芳，等. 轻质储氢材料改性与热力学调控进展[J]. 中国科学：化学，2019，49(7)：919-932. ZHANG C C, SUN L X, OUYANG Y F, et al. Progress in modification and thermodynamic tuning of light hydrogen storage materials[J]. Scientia Sinica (Chimica), 2019, 49(7): 919-932. (in Chinese)
[45] DE-TROYA J J, ALVAREZ C, FERNANDEZ-GARRIDO C, et al. Analysing the possibilities of using fuel cells in ships[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2016, 41(4): 2853-2866.
[46] MAS L, LIN M, LIN T E, et al. Fuel cell-battery hybrid systems for mobility and off-grid applications: a review[J/OL]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2021, 135[2024-08-12]. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110119.
[47] CHOI C H, YU S, HANI S, et al. Development and demonstration of PEM fuel-cell-battery hybrid system for propulsion of tourist boat[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2016, 41(5): 3591-3599.
[48] 严新平，徐立，袁成清. 船舶清洁能源技术[M]. 北京：国防工业出版社，2015. YAN X P, XU L, YUAN C Q. Clean energy technology for ships[M]. Beijing: National Defence Industry Press, 2015. (in Chinese)
[49] CAVO M, RIVAROLO M, GINI L, et al. An advanced control method for fuel cells-metal hydrides thermal management on the first Italian hydrogen propulsion ship[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2023, 48(54): 20923-20934.
[50] MADSEN R T, KLEBANOFF L E, CAUGHLAN S A M, et al. Feasibility of the Zero-V: a zero-emissions hydrogen fuel-cell coastal research vessel[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2020, 45(46): 25328-25343.
[51] 第七届教育部科技委能源与交通学部. 中国能源与交通领域战略研究报告2020[R]. 北京：科学出版社，2020. The Seventh Ministry of Education Science and Technology Committee of Energy and Transportation. China’s strategic research report on energy and transport sector 2020[R]. Beijing: Science Press, 2020. (in Chinese)
[52] KLEBANOFF L E, CAUGHLAN S A M, MADSEN R T, et al. Comparative study of a hybrid research vessel utilizing batteries or hydrogen fuel cells[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2021, 46(76): 38051-38072.
[53] 张丽，陈硕翼. 风电制氢技术国内外发展现状及对策建议[J]. 科技中国，2020(1)：13-16. ZHANG L, CHEN S Y. Development status and countermeasures of wind power hydrogen production technology at home and abroad[J]. Science and Technology in China, 2020(1): 13-16. (in Chinese)
[54] BALCERZAK M, LAU M, HEUBNER F. White paper: solid hydrogen carriers[R]. Dresden: Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials, 2024.
[55] PERRY J L. Rechargeable metal hydrides for spacecraft application[R]. Huntsville: NASA Marshall Space Flight Center, 1988.
[56] The European Space Agency. Metal hydride and heat storage system study[EB/OL]. (2019-05-20)[2024-08-12]. https://connectivity.esa.int/projects/metal-hydride-and-heat-storage-system-study.
