我國為什么要重點研發固態儲氫？

2025-08-09 來源：氫能技術與裝備 瀏覽數：175

氫的儲運是當前我國氫能行業大規模發展的痛點 ，在此其中固態儲氫優勢凸顯。儲氫的技術有很多種 ，如液態儲氫、氣態儲氫、固態儲

氫的儲運是當前我國氫能行業大規模發展的痛點 ，在此其中固態儲氫優勢凸顯。儲氫的技術有很多種 ，如液態儲氫、氣態儲氫、固態儲氫等。相比高壓氣態儲氫、液態儲氫方式 ，固態儲氫的體積儲氫密度非常高，固態儲氫能夠在常溫常壓下儲存 ，使用方便 ，安全性更好。

政策推動氫能產業高質量發展。從全球氫燃料電池汽車保有量來看 ，近幾年已實現快速增長。固態儲氫在車載儲氫環節、加氫站環節、分布式供能 、通信基站的備用電源 、電力調峰電站等具備廣闊的技術應用前景。

本文主要依據國信證券經濟研究院王蔚祺團隊的氫能專題研究報告，對固態儲氫的技術、市場和發展現狀做行業數據整理和深入了解。

一、固態儲氫技術基本介紹 

 

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1.1 氫能優勢與應用場景

氫氣是常見燃料中熱值最高的（143 kJ/g），是石油的約3倍 ，煤炭的4.5倍；燃燒過程無碳排放、無污染物產生，發生泄漏后極易擴散 ，爆炸下限濃度高于汽油和天然氣，具備無碳排、無污染、熱值高、安全性好的特點。

在應用場景方面：交通運輸業排放占全球碳排放量的1/3，氫燃料電池汽車具有零排放、續航里程長等特點 ，是交運行業減碳的最佳選擇；建筑領域中分布式熱電聯供系統采用氫氣供燃料電池發電 ，燃料電池發電產生熱量用于供，暖與熱水供應；儲能領域中氫儲能參與電網輔助，氫儲能系統耦合風光等可再生能源參與電網削峰填谷、調峰調頻等作用；工業領域中氫能煉鋼利用氫氣的高還原性 ，代替焦炭作為高爐還原劑 ，以避免鋼鐵生產中的碳排放。

     1.2 我國氫能產業具備長期發展潛力

根據中國氫能聯盟的預測 ，在2030年碳達峰愿景下 ，我國氫氣的年需求量預期達到3,715萬噸 ，在終端能源消費中占比約為5% ；可再生氫產量約為500萬噸 ，部 署電解槽裝機約80GW。在2060年碳中和愿景下 ，我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右 ，在終端能源消費中占比約為20%。其中 ，工業領域用氫占比仍然最 大 ，約7,794萬噸， 占氫總需求量60% ；交通運輸領域用氫4,051萬噸 ，建筑領域用氫585萬噸 ，發電與電網平衡用氫600萬噸。

圖：我國氫能年產量以及未來預期（萬噸）

圖：2060年我國氫能各領域用量展望

     1.3 儲氫：氣態、液態、固態

高壓氣態儲氫技術通過高壓是將氫氣壓縮于高壓容器中 ，來實現氫氣的儲存 ，通常由鋼、鋁、碳/玻璃纖維、高分子材料等制成。優點：壓力容器容易制造；制備壓縮氫的技術簡單；成本較低；缺點：能耗高；安全性隱患高，加氫站成本高。目前高壓氣態儲氫技術主要應用在運輸領域，加氫站和燃料電池車上均應用高壓儲氫瓶作為儲氫裝置。

低溫液態儲氫技術是采用低溫技術將氫氣冷卻到液化溫度（標準大氣壓下，-253℃）以下，以液體形式儲存在高度真空的絕熱容器中；優點：質量儲氫密度高（大于5%），常溫常壓下液氫的密度為氣氫的845倍，適用于距離較遠、運輸量較大的場合；缺點：成本高，能效低，存在泄露問題，每天損失可能達到1-2%；絕熱系統復雜。低溫液態儲氫技術目前美國、日本等已經實現了大規模的商業應用，國內應用最早起步于軍事、航天等領域。

固態儲氫技術是通過物理或化學方式使氫氣與儲氫材料結合，來實現氫氣的儲存。從材料分類上有金屬合金、碳材料等。金屬氫化物合金又可細分為稀土系、鈦鐵/錳系、釩系和鎂系等；優點：體積儲氫率高，安全性能高、能效高，加氫站從成本低；缺點：大多數材料質量密度低，鎂系質量密度高，但放氫需要消耗大量熱，對熱交換裝置要求高；尚未達到產業化規模。固態儲氫從體積儲氫密度、安全性等因素考慮，是最具商業化發展前景的儲存方式之一。

   1.3.1 固態儲氫的技術路線

固態儲氫技術路線主要可分為金屬氫化物，配位氫化物，碳材料，金屬有機骨架材料（MOFs）和水合物儲氫等。

1）金屬氫化物為固態儲氫主流技術路線，涉及材料包括鎂系、鈦系、釩系、稀土系及復合儲氫合金等；其中鎂系合金儲氫容量大（最高可達7.6%），但放氫溫度高，通常需要300℃；鈦系、釩系、稀土系儲氫合金儲氫容量為1.4%-2.4%不等，放氫溫度明顯較鎂系合金低。

2）配位氫化物路線需要堿金屬（鋰、鈉、鉀等）或堿土金屬（鎂、鈣等）或第三主族元素（鋁、硼等）。

3）碳材料路線需要活性炭、碳納米纖維、碳納米管等材料。

表：不同金屬氫化物相關性能對比

    1.3.2 金屬氫化物吸放氫基本原理

金屬儲氫材料通過金屬氫化物的形式來將氫氣儲存在合金中。吸氫過程中，合金儲氫材料在一定的溫度和氫氣壓力下, 發生放熱反應吸收氫氣生成金屬氫化物；放氫過程中，金屬氫化物在加熱的情況下發生吸熱反應釋放所吸收的氫氣。

微觀機理：氫分子首先吸附在金屬表面, 隨著氫鍵斷裂而解離成氫原子, 氫原子通過內部擴散進入金屬原子的間隙形成金屬固溶體，之后固溶體中的氫原子進一步向金屬內部擴散, 達到固溶轉化為化學吸附的活化能后從而形成氫化物。

圖：金屬氫化物吸放氫基本元力

    1.4.1 儲氫運氫：氣、液、固三種方式比較

表：不同氫儲運方式比較

    1.4.2 儲氫運氫：三種形式的結合應用場景

對于高壓氣態儲運，當運輸距離為50km時，運輸成本為3.6元/kg，隨著距離的增加長管拖車運輸成本大幅上升，當運輸距離為500km時，氫氣的運輸成本達到29.4元/kg。因此，長管拖車只適合短距離運輸（小于200km）。

固態儲氫車與液氫槽罐車運氫成本對距離不敏感，當加氫站距離氫源點50-600km時，運輸價格約在10-13元/kg范圍內，成本變動與儲運氫過程中耗電費用，載氫量有關，在長距離運輸下，固態儲氫車與液氫罐車都具備成本優勢。

管道運氫成本主要來源于與輸送距離正相關的管材折舊及維護費用，當輸送距離為100km時，運氫成本僅為0.5元/kg。但管道運氫成本很大程度上受到需求端的影響，在當前加氫站尚未普及、站點較為分散的情況下，管道運氫的成本優勢并不明顯。

圖：不同輸氫方式在不同運輸距離下的成本對比（元/kg）

二、固態儲氫市場分析

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2.1 固態儲氫技術擁有廣闊的應用前景

對于不同的儲氫方式，都有不同的適合場景。固態儲氫適用的場景有：工程車載應用、乘用車載應用、通信基站的備用電源、分布式供能、綠氫和化工相結合、電力調峰電站、應急電源。

圖：固態儲氫與綠電結合的應用場景

     2.2 固態儲氫罐

與高壓氣態儲氫方式相比，固態儲氫罐具有安全可靠的優勢，對設備要求較低。目前主流的固態儲氫罐主要由固態儲氫材料、不銹鋼/鋁制殼體、氣管通道、過濾器、散熱鰭片、閥門和加熱/散熱管道組成。因固態儲氫罐壓力一般低于5MPa，故不需要成本較高的高壓閥門。

固態儲氫罐成本主要受規模、殼體材料、儲氫合金等因素影響，各家工藝有所不同，成本差異較大。根據有研工研院資料顯示，目前固態儲氫裝置成本約為8000元/kg H2，而轔蕭科技生產的金屬氫化物固態儲氫罐成本約為1200元/L。當前固態儲氫裝置處于早期示范階段，未來隨著產線規模的擴大和自動化程度的提高，制造成本有望大幅降低。同時，失效儲氫罐中的儲氫材料可以實現回收，進一步壓縮制造成本。

圖：固態儲氫罐結構

     2.2.1 固態儲氫罐產業化進程

有研工研院開發的一系列固態儲氫罐產品涵蓋便攜式、大容量、固定式等多種規格，容量覆蓋0.1-1000Nm3，處于行業領先地位。浩運金能固態儲氫罐產品可實現快速大容量吸放氫，且工作壓力低于3MPa，為多種應用場景提供便利。目前國內生產固態儲氫罐的企業有浩運金能、有研工研院、華碩能源、安泰創明、永安行、氫楓能源、轔蕭科技和華碩能源。

目前主流固態儲氫罐生產企業均有具備商業化潛能的產品面市。浩運金能開發的儲氫罐容量最高可達800L，同時具備超過200L/min的快速大流量放氫性能。有研工研院開發的固態儲罐已應用在與云浮飛馳、佳華利道等合作項目的冷鏈物流車、大巴車上。安泰創明開發的固態儲氫瓶應用于兩輪車上，續航可達80km；氫楓能源開發的鎂合金固態儲氫運輸車上搭載14個儲氫罐，可以實現1.2噸的氫氣運載量。永安行固態低壓儲氫瓶生產線已實現規模化生產。

圖：國內主要固態儲氫罐生產企業介紹

     2.3 全球氫能產業規劃匯總-生產端

表：各國氫能生產與應用規劃

     2.4 全球氫能產業規劃匯總-應用端

表：各國氫能生產與應用規劃

     2.5 我國支持氫能產業發展政策

繼2019年3月氫能被首次寫入政府工作報告后，國務院、國家發改委、國家能源局等多部門陸續印發了支持、規范氫能源行業的發展政策，主要包括氫能發展技術路線、氫能基礎設施建設、燃料電池汽車發展等內容。

圖：氫能產業發展政策梳理

     2.6 三大氫燃料電池“示范城市群”落地

2021年8月，財政部、工業和信息化部、科技部、國家發展改革委和國家能源局《關于啟動燃料電池汽車示范應用工作的通知》正式印發，宣告京津冀、上海、廣東成為國內三大氫燃料電池汽車示范城市群，示范期為期四年。國家將采取“以獎代補”的方式，按照示范城市群任務目標完成情況給予獎勵。

“示范城市群”的落地，將加快燃料電池關鍵核心技術自主化與產業化進程，有助于探索氫能商業化模式和燃料電池產業政策的建立，推動氫能跨省跨區域協同發展。

圖：三大氫燃料電池汽車城市示范群任務目標

     2.7 氫燃料電池汽車市場展望

從全球氫燃料電池汽車保有量來看，近幾年實現快速增長，由2019年的2.4萬輛增長至2022年底6.75萬輛，CAGR41%；從我國我國情況來看，至2022年底國內氫燃料電池汽車保有量達到1.23萬輛，數量占全球比例約18.2%。

從全球氫燃料電池汽車銷量來看，2022全年實現銷量17926輛，其中我國實現銷量3367輛，占比18.8%，隨著燃料電池系統生產規模化，與燃料電池電堆核心零部件國產化推動成本下降，在2025年燃料電池汽車保有量達超10萬輛政策指引下，我們預計未來幾年我國氫燃料電池汽車產銷量迅速上升。

圖：國內及全球氫燃料電池汽車保有量（輛）

圖：全球氫燃料電池汽車銷量及國內氫燃料電池汽車產銷量（輛）

     2.8 儲氫系統成本下降空間大

當前估計車載高壓氣體儲氫系統價格約為4300元/kg，固態儲氫系統價格約為8000元/Kg，參照《中國氫能產業發展報告2020》中提出的未來儲氫系統成本下降趨勢，伴隨著儲氫系統中關鍵零部件國產化，儲氫系統容量提升以及系統使用壽命提升，儲氫系統成本將不斷下降。

預計未來國內儲氫系統價格下降空間較大，且固態儲氫系統價格下降幅度，將高于車載高壓氣體儲氫系統。

圖：儲氫系統成本下降空間

三、固態儲氫發展現狀

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3.1 固態儲氫相關企業進展-國內企業

厚普股份（300471.SZ)：公司當前氫能領域業務包括氫能加注設備，氫能源相關工程EPC等，其中氫能加注設備包括氫壓縮機橇、液氫真空管、氫氣質量流量計、加氫機、加氫槍等，2021年公司氫能加注設備實現收入8126萬元。公司另于2021年發布定增項目，募集資金1.55億元建設車載低壓固態儲氫系統1萬套、大型儲能場景儲氫系統5000套、小型儲氫系統8000套年產線。

東方電氣（600875.SH）：2023年3月25日，在廣州南沙電氫智慧能源站固態氫能發電并網項目中，東方電氣總承包建設低壓高密度儲氫、耦合氫燃料電池熱電聯供系統和三級靜態壓縮系統的工作。其固態儲氫系統可對金屬氫化物進行四級加壓，通過改變溫度等參數，將壓力從3Mpa提升至80Mpa， 從而為氫燃料汽車加氫。東方電氣旗下氫能平臺東方鍋爐聚焦氫能供應端，包括制-儲-運-加氫等環節，目前已經具備高壓儲氫容器批量化制造能力，同時正在開發 固態儲氫容器。 

圣元環保（300867.SZ）：公司2022年與有研工研院達成戰略合作，合作內容包括：1.氫能源研究院發展規劃與平臺建設，2.儲氫材料研究與制備，3.固態儲氫裝置， 4.風光制氫-儲氫-用氫應用示范及迭代，主要以泉州、廈門兩地作為試點，以廈門圣元綠色能源有限公司及泉州有元氫能源研究院有限公司

鴻達興業（002002.SZ）：鴻達興業是早期國內開展液氫生產和儲運聯動業務的上市公司之一，在氫儲運環節，公司已擁有氣態、液態、固態三種儲運模式。公 司研發生產包括儲氫瓶、儲氫罐、質子交換膜等產品。2021年公司氫能業務實現收入2.57億元。

     3.2 固態儲氫相關企業進展-科研院所

中國有研科技集團有限公司：

研發：固態儲氫領域。在學術帶頭人蔣利軍的帶領下，先后開展了稀土系AB5型、鈦錳系AB2型、鈦錳系AB型、釩鈦系BCC型，鎂系A2B型等一系列合金儲氫材料以及復雜化合物NaAlH4，Li-Mg-N-H，碳納米管等新型高容量儲氫材料研究；在此基礎上，攻克了高熔點、高活性鈦系合金熔煉規模技術，低熔點易揮發鎂基儲氫材料可控氣氛機械合金化納米晶批量制備技術等行業技術難題。 

應用：有研工研院實現了固態儲氫技術在移動式制儲一體化燃料電池應急發電車、燃料電池移動通訊基站備用電源、氫能燃料電池加氫站、 燃料電池大巴、物流車，以及電網儲能等應用。

包頭稀土研究院：

包頭稀土研究院儲氫領域研究方向包括稀土儲氫材料，固態儲氫裝置等。在稀土固態儲氫材料中擁有完整的材料制備、測試及應用實驗條件和產業化裝備，形成了稀土儲氫合金材料研究、應用及產業化技術開發團隊，研發工作處于國內外先進水平。目前包頭稀土院已獲授權國際 專利2項，國內發明專利20余項。

燕山大學：

燕山大學韓樹民團隊長期致力于新型稀土儲氫材料的基礎理論和應用技術研發，在揭示新型稀土儲氫合金超晶格結構、儲氫機理、生 成條件和構效關系等基礎理論研究中取得重要成果。目前累計發表SCI論文200余篇，出版學術專著1部，獲國內外發明專利30余項。 

2017年成立中科軒達，依托團隊的研究成果，迅速啟動了新型稀土儲氫合金電極生產線建設項目，該項目已于2019年12月順利完成，是中國第一條具有自主知識產權的新型稀土儲氫材料生產線，目前產能達300噸/年以上，已進入技術成熟、生產穩定和產品市場推廣階段。

     3.3 固態儲氫相關企業進展-海外企業

美國

GKN Hydrogen公司：2021年，獲得了美國能源部170萬美元資助開發HY2MEGA固態氫化物儲氫罐，該項目為期三年，可以儲存500kg氫氣， 項目于2022年底啟動。

Green Fortress公司：獲得了來自美國聯邦政府的資助開發固態氫燃料的儲氫系統。其固態儲氫材料主要是催化改性的多孔硅，氫氣儲存成本低于8美元/kWh，規模可在電網級別。

英國

 Cella Energy公司：開發出聚合物和氨硼烷組成的輕質固態高密度儲氫材料，該材料提供的能量是同等重量下鋰離子電池的3倍，穩定性和貯氫性能良好，可在100℃左右幾分鐘內釋放約9%的氫氣。該固體材料能夠進行模塊化設計，制備成不同形狀，根據應用需求靈活組合。

與從事航空航天技術和固體火箭發動機技術的法國Safran集團開展合作，將其應用于航空航天領域的氫燃料電 池儲氫材料。2016 年利用該固體材料的無人機成功實現首飛；? 與色列的Israel AesospaceIndustries（IAI）合作，將其應用于Bird Eyes 650小型無人機的燃料電池能源系 統上，可大幅減少供電系統的重量，提升無人機的續航能力。

日本

東芝公司：開發的自給型能源供應系統H2One已在日本國內醫院、旅館、鐵路站臺及緊急避難場所等多個場景得到應用，系統采用固態儲氫技術，氫氣儲存量達270Nm3，電力存儲量可達350kWh。

固態儲氫為儲氫環節新興技術，相較于高壓氣體儲能和低溫液態儲氫具備高安全性、高體積儲氫密度、快速充放氫、運輸便捷等優勢，并為業界所重視。

目前主流固態儲氫路線為金屬氫化物，包括鎂系、鈦系、釩系、稀土系及復合儲氫合金等。固態儲氫技術應用前景廣闊。

1）車載儲氫環節，伴隨氫燃料電池汽車的推廣和車載固態儲氫系統成本下降，固態儲氫系統市場空間將會打開，預計車載固態儲氫瓶2030年市場規模突破百億元；

2）加氫站環節，固態儲氫相較于高壓氣態和液態儲氫不需要壓縮機或液化裝置即可完成充氫，在加氫站建設成本上 較低，具備較好的經濟性，估計當前固態儲氫加氫站整體成本約為800萬元，預計2022-2026年固態儲氫加氫站建設累計新增投資約將增加14.3億元， 至2025/2026年新增投資額分別為4.5/5.3億元；

3）其他領域：如分布式供能，通信基站的備用電源，電力調峰電站等，氫儲能的存儲規模更大，存儲時間更長可以滿足長周期、大容量儲能要求，同時固態儲氫安全性強，運輸靈活性高，在長時儲能領域有廣泛應用空間。

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