近年来，在我国“双碳”目标提出的背景下，氢的生产、储存、运输和利用等技术备受关注。相比于日韩欧美等国家，我国产业化发展仍存在很多亟待解决的问题，尤其在氢能核心材料方面还有较大发展空间。
为解决关键战略材料“卡脖子“难题，多家科研机构、钢企纷纷助力氢能领域建设。港大工程团队开发出新型制氢不锈钢材料；唐钢成功下线超宽断面临氢管线钢；首钢突破高钢级输氢管线钢；太钢首发液氢、固体氧化物燃料电池专用不锈钢。国内钢材领域的突破，为进一步完善国内氢能发展体系提供了有效助力。
★ 制氢端：新型不锈钢助力PEM制氢成本降低
PEM电解槽用纯水作为电解水制氢的原料，若是以海水作为制氢来源，一般需要经过淡化。而且PEM电解槽的结构部件为了提高耐腐蚀性，通常采用镀金或铂的纯钛材料，导致成本昂贵。
近期，由香港大学机械工程系黄明欣教授团队成功研发了具有优异耐腐蚀性的制氢用不锈钢，其耐盐水腐蚀能力和制氢表现远优于传统不锈钢。该团队研发的制氢用不锈钢可在盐水中直接产氢，亦可替换纯钛结构部件，使得结构部件成本便宜数十倍，更为目前仍处于研究和开发阶段的海水制氢技术，提供可行并具经济效益的潜在解决方案。
据悉，该团队的制氢用不锈钢采用了一种全新的“连续双钝化”策略，与传统单层钝化膜不同，新型不锈钢在铬基钝化膜的基础上形成了一层全新的锰基钝化膜。这种铬锰双钝化的组合可保护新型不锈钢在氯化物介质中耐腐蚀至1700mV，抗腐蚀能力大幅提升。
据黄明欣教授团队测算，现阶段功率为10兆瓦的PEM电解槽设备总体成本约为1780万港元，其中结构件成本比重可高达53%。研发的新型不锈钢有望将PEM电解水制氢设备结构材料成本降低约40倍。目前该团队与内地一家工厂合作，生产了数吨的制氢用不锈钢基材。正在将更经济的制氢用不锈钢应用于可再生能源制氢。
★ 储氢端：太钢液氢专用不锈钢国内市场占有率极高
目前发达国家以液氢储运为主（70%以上），但由于我国对液氢环境下材料的低温组织、性能等研究还不够完善，材料选择缺乏理论支撑和统一标准，导致我国液氢主要用于航天等领域，民用方面几乎空白。
太钢瞄准氢能行业先期介入，针对这一情况，与国家相关部门及制造企业合作，积极参与材料的设计研发，推进相关材料标准的制定。今年4月，太钢国内首发液氢专用不锈钢产品并通过相关认证，成为国内该类产品唯一供应商。
据悉，太钢成功开发出的液氢容器专用不锈钢系列（板、管、型）材料，产品化学成分、超低温性能（-269℃）等指标完全满足液氢环境的苛刻要求，已与全球最大的氢气生产商和氢能基础设施领域的龙头企业签订批量订单，产品应用于国内某亚洲最大氢能源项目。
截至目前，太钢已累计实现液氢专用不锈钢供货900吨，与行业龙头及重点企业全部形成了合作，在国内形成了行业全覆盖，国内市场占有率100%。
★ 运氢端：掺氢、纯氢管道钢新突破，为大规模输氢奠定基础
氢能利用是我国推进绿色发展的重要战略。在多种大规模氢气运输的方式中，管道运输具有最高的效率，但我国高压输氢管道一直未形成规模化工程应用，最主要问题在于高压输氢管道材料存在“氢脆”损伤。
“氢脆”是金属材料吸收氢原子后导致塑韧性降低而产生脆性断裂的现象。氢原子很小，可以轻易渗透进金属材料中，在缺陷处聚集，降低金属中裂纹萌生和扩展所需的应力，从而导致材料脆化，并且随着强度等级的提高，材料氢脆的敏感度显著增大。在过去很长一段时期内，高钢级输氢材料标准在国内一直处于一片空白。
面对高难度的研发生产课题，首钢股份充分发挥“产销研用”一体化优势，先后与国内宝鸡、巨龙、华油等龙头企业合作，展开了18个月的“抗氢脆”研发工作，克服了炼钢工艺及成分控制技术难题、进行了多次检测标准研讨，制定了周密的冶炼生产方案，实现了输氢管线钢高质量、均质化生产，并且现已批量供货5800吨。
今年4月，首钢股份最新研制生产的高钢级输氢管线钢经用户制管加工后成功应用于包头-临河输气管道项目。该项目干线全长约235km，设计压力6.3MPa，高钢级输氢管线钢可满足工程设计的10%掺氢比例要求，为我国长距离、高压输氢管道工程应用奠定基础。
氢气在大规模、长距离输送情况下，纯氢管道运输具有不可取代的经济优势，可以从根源上解决规模化用氢难题，是未来高效能用氢的发展方向。然而研究表明，高含量的氢原子可以通过限制位错以及晶格内部金属原子的运动，使得显微弹性模量和显微硬度提升，从而导致钢的脆化，并且这在较大的氢浓度梯度的情况下特别显著。
并且，除了考虑抗氢脆外，纯氢管道在高压下的材料性能还需要综合考虑耐压、耐腐蚀、机械性能、疲劳性能、热稳定性能、密封性能和可加工性能等方面。
唐钢研发团队通过全方位、全过程可行性分析，构建模拟铸坯并组织试轧。通过优化成分设计，采用双联冶炼工艺和控轧控冷工艺，保证了带钢尺寸、板形、表面质量及温度等指标的精准控制，解决了钢材在富氢环境下易发生氢脆断裂的问题，实现超宽断面临氢管线钢一次轧制成功，为保证输氢管道运输安全、提高使用寿命做好材料支撑。
近日，唐钢公司定制生产的首批1930mm超宽断面临氢管线钢L245M成功下线，将用于国家输氢管道重点工程项目。该产品将为解决氢能产业链中氢输运这一“卡脖子”环节，进一步完善国内氢能输运体系提供有效助力。
★ 用氢端：燃料电池电堆关键战略材料取得突破
固体氧化物燃料电池（SOFC）可在中高温下直接将燃料的化学能高效、低碳、环保地转化成电能，发电效率可达60%以上、联产效率可达85%以上，同时具有燃料灵活、绿色低碳、不使用贵金属等优势，并且能够使用天然气、氢气、生物质气、甲醇等多种燃料，其高效率和低排放的特点使其成为清洁能源发电的理想选择。
作为SOFC四大部件之一的连接板主要起着在相邻的电池之间传输电子和分隔燃料气体与氧化气体的作用。用金属连接板取代传统的陶瓷材料，能够提高电子电导率(几乎没有极化现象)和热导率，而且容易加工成复杂的形状，价格低将大大降低SOFC的制造成本。
由于铁素体不锈钢材料制备费用更低，气密性良好，易于加工等，因此金属连接体的发展倾向于铁素体不锈钢。然而，研发SOFC连接板用铁素体不锈钢，还需要考虑高温抗氧化性、氧化机理、氧化后的导电性及其热膨胀系数等问题。
在没有任何可借鉴技术和经验的情况下，太钢突破特殊元素含量精确控制的关键技术瓶颈。开发一系列针对韧性控制的变形制度、加热和冷却技术，并解决了产品热处理及酸洗的技术难题，实现了高特殊高铬超纯铁素体不锈钢系列产品规模制造的质量受控、生产稳定。目前太钢研发出的超级超纯铁素体不锈钢TFC22-X，已于近日向国内燃料电池龙头企业完成批量交付。
在国家“双碳”目标背景下，中国钢材成功研发了制氢、储氢、运氢、用氢等领域的关键战略材料，填补了国内空白，解决了“卡脖子”问题和高成本问题，相信这些在关键领域的关键材料突破，将会有力推动氢能行业进入快速发展阶段。
