引言：

氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，正逐步成為全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要載體之一。儲(chǔ)氫合金可以將氫通過化學(xué)吸附將以金屬氫化物的形式儲(chǔ)存起來，實(shí)現(xiàn)了在常溫低壓下的吸/放氫，因此具有儲(chǔ)氫體積密度大、操作便捷、運(yùn)輸安全方便、成本低等優(yōu)勢(shì)在諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，是最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N儲(chǔ)氫方式。但固態(tài)儲(chǔ)氫的發(fā)展和應(yīng)用需要依賴儲(chǔ)氫材料的開發(fā)和利用，所以對(duì)儲(chǔ)氫合金的性能優(yōu)化顯得尤為重要。而儲(chǔ)氫合金的核心性能（平臺(tái)壓力、最大儲(chǔ)氫容量、平臺(tái)滯后性）則可以通過PCT曲線獲取，并且根據(jù)這些關(guān)鍵性能指標(biāo)將其按照核心應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分類，包括低壓型儲(chǔ)氫合金、高壓型儲(chǔ)氫合金、低溫型儲(chǔ)氫合金、高溫型儲(chǔ)氫合金。下面對(duì)PCT曲線中涉及的核心指標(biāo)和不同類型儲(chǔ)氫合金及其應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行詳細(xì)介紹。

一、PCT曲線：了解儲(chǔ)氫能力的關(guān)鍵

1. 什么是PCT曲線？

PCT曲線（Pressure-Composition-Temperature Curve）以儲(chǔ)氫量為橫坐標(biāo)，氫氣壓力為縱坐標(biāo)，反映儲(chǔ)氫合金在不同壓力和溫度下吸氫和放氫的過程，一條完整的PCT曲線應(yīng)包括吸氫和放氫兩條曲線，是分析儲(chǔ)氫合金材料性能的核心手段。

圖1  不同溫度下PCT曲線示意圖

2. PCT曲線核心指標(biāo)：

(1) 儲(chǔ)氫容量：吸氫曲線的終點(diǎn)即為儲(chǔ)氫合金的最大儲(chǔ)氫量。

(2) 吸/放氫平臺(tái)壓力：判斷儲(chǔ)氫合金材料適配場(chǎng)景的核心參數(shù)。吸氫平臺(tái)壓力是儲(chǔ)氫合金材料從“低儲(chǔ)氫態(tài)”向“高儲(chǔ)氫態(tài)”轉(zhuǎn)變時(shí)的壓力，代表“充氫時(shí)需要施加的最低壓力”即壓力需略高于吸氫平臺(tái)壓力，儲(chǔ)氫材料才能持續(xù)吸氫；反之，放氫平臺(tái)壓力是儲(chǔ)氫合金材料從“高儲(chǔ)氫態(tài)”向“低儲(chǔ)氫態(tài)”轉(zhuǎn)變時(shí)的壓力，代表“放氫時(shí)能提供的最低壓力”即壓力需略低于放氫平臺(tái)壓力，儲(chǔ)氫合金材料才能持續(xù)放氫。

(3) 滯后性：反映儲(chǔ)氫循環(huán)的能量損耗與穩(wěn)定性。滯后性是同一溫度下，吸氫與放氫曲線的“分離程度”。曲線越分離，滯后性越強(qiáng)，反映為吸/放氫可逆性越差，長(zhǎng)期循環(huán)后易出現(xiàn)粉化，導(dǎo)致循環(huán)壽命降低。

(4) 平臺(tái)區(qū)：PCT曲線的平臺(tái)區(qū)越寬越平代表儲(chǔ)氫合金在平臺(tái)壓力范圍內(nèi)可存儲(chǔ)的氫氣越多，壓力越穩(wěn)定，其有效儲(chǔ)氫量越高，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定充放氫。

二、儲(chǔ)氫合金類型及其應(yīng)用場(chǎng)景

根據(jù)儲(chǔ)氫合金的關(guān)鍵性能指標(biāo)（平臺(tái)壓力、溫度適應(yīng)性），將其按照核心應(yīng)用場(chǎng)景分為低壓型儲(chǔ)氫合金、高壓型儲(chǔ)氫合金、低溫型儲(chǔ)氫合金、高溫型儲(chǔ)氫合金。

1. 低壓型儲(chǔ)氫合金

低壓型儲(chǔ)氫合金具有較低的平臺(tái)壓力（通常＜1 MPa，甚至接近常壓），該類型合金的核心優(yōu)勢(shì)是在常溫、近常壓環(huán)境下安全、高效存儲(chǔ)氫氣，能夠提升儲(chǔ)氫安全性與穩(wěn)定性，尤其適用于需長(zhǎng)期靜態(tài)儲(chǔ)氫和低壓用氫的場(chǎng)景，如便攜式氫能設(shè)備、微型氫能動(dòng)力裝置、醫(yī)療與精密儀器領(lǐng)域、分布式氫能儲(chǔ)存與供能等。

圖2  低壓型儲(chǔ)氫合金PCT曲線（25℃）

2. 高壓型儲(chǔ)氫合金

高壓型儲(chǔ)氫合金具有較高的平臺(tái)壓力（通常＞1 MPa，部分可達(dá)10MPa以上），該類型合金的核心優(yōu)勢(shì)是在需要快速充放氫、且能適配中高壓環(huán)境的氫能系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)氫氣的高效存儲(chǔ)與輸運(yùn)，尤其適配需高儲(chǔ)氫密度和快速響應(yīng)的場(chǎng)景，如車載氫能動(dòng)力系統(tǒng)、固定式大規(guī)模氫能緩沖存儲(chǔ)、移動(dòng)式氫能應(yīng)急供能設(shè)備、氫能儲(chǔ)能與電網(wǎng)調(diào)峰等。

圖3  高壓型儲(chǔ)氫合金PCT曲線（25℃）

3. 低溫型儲(chǔ)氫合金

低溫型儲(chǔ)氫合金通常需在-200℃~0℃的低溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效儲(chǔ)氫（如基于稀土系、鈦系的改性合金），該類型合金的核心應(yīng)用場(chǎng)景是在低溫工況或需適配低溫氫源的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)氫氣的高密度、低能耗存儲(chǔ)，尤其適配與低溫氫能產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)合的場(chǎng)景，如低溫氫能運(yùn)輸與接收終端、航天與深空探測(cè)領(lǐng)域、低溫燃料電池系統(tǒng)配套、低溫氫能科研與特種裝備等。

圖4  低溫型儲(chǔ)氫合金PCT曲線（-15℃）

4. 高溫型儲(chǔ)氫合金

高溫型儲(chǔ)氫合金通常需在100℃~500℃的高溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效儲(chǔ)氫與放氫（如鎂基合金），該類型合金的核心應(yīng)用場(chǎng)景是在高溫工況或能利用工業(yè)余熱/廢熱的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)氫氣的高密度存儲(chǔ)與能量耦合利用，尤其適配與高溫能源系統(tǒng)結(jié)合的場(chǎng)景，如工業(yè)余熱/廢熱耦合儲(chǔ)氫系統(tǒng)、高溫燃料電池配套儲(chǔ)氫、固定式大規(guī)模高溫氫能儲(chǔ)能、航空航天與特種動(dòng)力領(lǐng)域等。

圖5  高溫型儲(chǔ)氫合金PCT曲線（300℃）

  中科軒達(dá)秉承著以材料為核心的理念在固態(tài)儲(chǔ)氫材料研發(fā)和生產(chǎn)端不斷突破，現(xiàn)在公司已經(jīng)在包頭和安慶建立了兩條自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的固態(tài)儲(chǔ)氫材料生產(chǎn)基地，可柔性生產(chǎn)稀土基AB5、鈦錳基AB2、鈦鐵基AB以及稀土鎂鎳基固態(tài)儲(chǔ)氫材料。目前年產(chǎn)能3300噸，是全球最大的固態(tài)儲(chǔ)氫生產(chǎn)基地之一。歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作伙伴致電垂詢。