“宁东号”氢动力机车
全球首列氢能源智轨电车
全球首辆氢能源市域列车
氢能轨道交通“遍地开花”
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近年来，被誉为“未来能源”的氢能
正以惊人的速度快速发展
在国家“双碳”战略背景下，风、光、水等可再生能源电力得到大力发展，以优化能源供给结构。然而大量非稳定可再生能源接入使电网缺乏稳定源，现有储电技术难以满足需求。
根据国内外有关机构预测，到2060年，我国氢能年需求约1亿吨，其中约80%将来自于可再生能源电解水制取的绿氢。未来，氢能与电能的发展将紧密相关、高效协同，氢电耦合系统将为新能源电力发展提供重要保障。
然而，氢储运作为氢能产业链的关键环节，如何解决当前氢气储运效率低、安全性较低、成本高、设备承压要求高等难题，成为产业发展亟待突破的核心瓶颈。国信证券研报数据显示，现有氢气储运环节的成本约占整个产业链的30%~40%。
因此，在高压气态储运、低温液态储运、液态及固态储氢等储运方式中，有望通过在固态储氢材料上的突破，来实现储运的安全并提高经济性，为上游生产、中游运输以及下游终端应用，解决“后顾之忧”。
石墨烯应用于固态储氢材料
石墨烯（Graphene），一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。具有超强的化学稳定性与出色的力学、光学、电学、热学特性，使之成为储氢材料的最佳候选者。
石墨烯是已知最薄、最轻、强度最高的材料之一。厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯，其厚度仅为头发丝的20万分之一，而强度却是钢的200倍。不仅高强度，石墨烯还具有很好的韧性，其理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。石墨烯理论上能够容纳其自身重量7.7%的氢原子，具有很高的储氢容量。
石墨烯的比表面积可达2630m2/g，高比表面积意味着具有优良的物理吸附能力、反应速率快等性质。基于此，石墨烯可将氢气以分子的形式进行储存与释放。同时，石墨表面具有一定的正电荷区域，这为吸附负电荷的氢分子创造了有利条件。
当吸附在石墨烯上的氢原子数量增多，可生成氢化石墨烯。氢化石墨烯在较高的温度和压力下能够可逆地释放出氢气，因此石墨烯也是一种能够实现可逆的固态储氢的原材料。
西安交大原创石墨烯界面纳米阀技术
实现将氢气“握在手中”?
石墨烯可通过掺杂其他元素制备改性石墨烯，达到理想储氢效果。现阶段，能够大容量存储氢气的轻金属氢化物主要包括金属锂、钠、铝、钙等。然而，这些金属氢化物非常活泼，存在易燃性，并不适合长途储运。
2023年9月，西安交通大学教授成永红团队原创的石墨烯界面纳米阀技术，科技成果转化迎来收获期。
“我们原创的石墨烯界面纳米阀技术，将每一个金属氢化物微米级别颗粒的表面均匀包覆上石墨烯，在储存的时候让其变得稳定，在释放氢气的时候，可以慢慢反应，解决了释氢过程太过剧烈的难题。通过控制石墨烯的包裹，可以控制氢气的释放速度，保证释氢的稳定性。”成永红教授介绍道，“也就是说，我们基于石墨烯界面纳米阀技术，研制出新型固态化储氢材料，让氢气可以‘握在手中’。”?
成永红教授展示装在容器中的产品样本
图源：石墨烯联盟
金属氢化物石墨烯复合储氢材料
图源：西安交通大学电气工程学院
西安交通大学新型储能与能量转换纳米材料研究中心开发出的“金属氢化物@石墨烯复合固态储氢材料”，具有高空气安全性、高储释氢密度、宽工况非催化释氢等特点，可满足氢气大规模储运需求。
石墨烯轻金属固态储氢项目 10月17日，“石墨烯轻金属固态储氢项目”落地沣东新城，该项目获得英诺基金领投的天使轮投资，主要用于研发综合性能固态储氢材料以及配套电源产品。
2023年，氢能行业获政策大力支持
2023年11月，江苏省政府发布《关于加快培育发展未来产业的指导意见》，强调在氢能方面，积极发展石墨烯、高活性轻金属等固态储氢材料及关键技术。
2023年7月，国家发改委发布关于《产业结构调整指导目录（2023年本，征求意见稿）》，其中高密度储氢技术开发应用及设备制造，液态、固态和气态储氢等均为鼓励类。
2023年6月，广东省能源局印发《广东省推进能源高质量发展实施方案》，提出聚焦氢能核心技术研发和先进设备制造，加快培育从氢气制备、储运、燃料电池电堆、关键零部件和动力系统集成的全产业链。
总结
石墨烯轻金属固态储氢技术的突破性创新，破解了氢能产业链的关键环节——氢储运中效率低、安全隐患大、成本高等难题。新型储氢材料可用于工业制氢、电力储能、移动应用等场景，有望助力氢能的应用更加广泛。
“氢同时具有能源和资源的双重属性。”成永红教授强调，“未来的氢可能就像现在的煤一样，会长期存储下来，什么时候需要，什么时候转化为能源。未来，整个工业生产过程也会发生非常大的变化。”
接下来，是科技成果走出实验室、走向“生产线”的关键阶段，让我们期待“金属氢化物@石墨烯复合固态储氢技术”在氢能大规模储运、电力能源、移动终端等领域的落地应用。
