氢储能产业链与燃料电池的发展现况研究

氢能源的应用有两种方式：一是直接燃烧（氢内燃机），二是采用燃料电池技术，燃料电池技术相比于氢内燃机效率更高，故更具发展潜力。氢的高密度储存一直是一个世界级难题，目前储氢方法主要分为低温液态储氢、高压气态储氢，储氢材料储氢三种。

在能源短缺和环境恶化两大困境的威胁下，可持续清洁能源的开发日益迫切。传统能源中80%以上都被用作能量载体为交通运输、工业和发电提供能量，如果将这部分消耗的石化能源用可持续清洁能源替代，能源和环境问题都将迎刃而解，而正处于产业化导入期的氢能源无疑是最好的选择。

经过多年的发展，氢能源产业链逐渐完善。其中氢能源的上游是氢气的制备，主要技术方式有传统能源的热化学重整、电解水和光解水；中游是氢气的储运环节，主要技术方式包括低温液态、高压气态和固体材料储氢；下游是氢气的应用，氢气应用可以渗透到传统能源的各个方面，包括交通运输、工业燃料、发电等，主要技术是直接燃烧和燃料电池技术。

上游电解水制氢前景广阔

氢能是一种二次能源不可以直接获得，需要通过制备获得，目前制氢技术主要有传统能源和生物质的热化学重整、水的电解和水的光解。2017年全球氢气产量约为6000万吨，其中96%来源于传统能源的热化学重整，还有4%来自于电解水。

对比几种主要制氢技术的成本，煤气化制氢的成本最低，为1.67美元每千克，其次是天然气制氢2.00美元每千克，甲醇裂解3.99美元每千克，成本最高的是水电解，达到5.20美元每千克。相对于石油售价，煤气化和天然气重整已有利润空间，而电解水制氢成本仍高高在上。

虽然目前电解水制氢成本远高于石化燃料，而煤气化制氢和天然气重整制氢相对于石油售价已经存在利润空间。但是用化石燃料制取氢气不可持续，不能解决能源和环境的根本矛盾，并且碳排放量高，对环境不友好。而电解水制氢是可持续和低污染的，随着电价下降和技术发展、规模化效应，电解水产业即将兴起。

中游储氢材料潜力巨大

氢是所有元素中最轻的，在常温常压下为气态，密度仅为0.0899kg/m3，是水的万分之一，因此其高密度储存一直是一个世界级难题。储氢问题一旦突破，氢能必将迎来繁荣发展。

目前储氢方法主要分为低温液态储氢、高压气态储氢，储氢材料储氢三种。液态氢储运简单安全体积占比小，不过气态氢转换成液态氢不经济，仅适用于不太计较成本问题且短时间内需迅速耗氢的航天特种领域。高压气态储氢是目前最常用并且发展比较成熟的储氢技术，其储存方式是采用高压将氢气压缩到一个耐高压的容器里。

目前所使用的容器是钢瓶，它的优点是结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快。但是存在泄露爆炸隐患，安全性能较差。储氢材料储氢就是利用氢气与储氢材料之间发生物理或者化学变化从而转化为固溶体或者氢化物的形式来进行氢气储存的一种储氢方式。储氢材料最大的优势是储氢体积密度大，相同质量的氢气用储氢材料储存占用空间最少。并且操作容易、运输方便、成本低、安全等，恰好克服了高压气态储氢和低温液态储氢的缺点，成为最具发展潜力的一种储氢方式。

下游燃料电池起飞在即

氢能源的应用有两种方式：一是直接燃烧（氢内燃机），二是采用燃料电池技术，燃料电池技术相比于氢内燃机效率更高，故更具发展潜力。

目前以燃料电池技术为基础的应用已经很广阔，现阶段主要分布在叉、固定式和便携式三个方面，燃料电池车正在大力推进中，未来将遍及所有能源相关下游包括汽车、发电和储能等领域。燃料电池车相比传统汽车，具有无污染，“零排放车”，无噪声，无传动部件的优势，相比电动车，具有续航里程长，充电时间段，起动快（8秒钟即可达全负荷）的优势，因此非常具有发展前景。

除此之外，2017年为消费级无人机爆发元年，而氢燃料电池具有续航时间长，加注氢气时间短几分钟就能完成，同时生命周期内性能衰减小的绝对优势，成为无人机功能体系的一个强势可替代选项，氢燃料电池起飞在即。