镁储氢材料性能优异，氢能规模化应用背景下国内市场需求前景广阔

国家能源局发布《2023 年能源工作指导意见》提出，加快攻关新型储能关键技术和绿氢制储运用技术，推动储能、氢能规模化应用。镁基固态储氢材料，作为氢的可逆“存储”介质，具有优良的吸放氢性能以及长期循环无动力学衰减和容量损失的优点，可实现大容量固态储氢，不但可降低氢气的储运成本和能耗，而且安全便捷，有望成为氢储运领域的重要关键材料，从而推动氢能行业的发展。

镁电池成本低、安全性高、燃料密度与锂电池相当，镁基储氢应用前景广。目前储能行业资源有限、成本高、存在安全性问题，尤其是锂离子电池资源短缺、安全隐患、污染等问题凸显。中国工程院研究认为，到2050年可再生能源装机容量可以比2020年增加10倍，需要大量的能源储存，按照目前的储能量远远不够，现有储能技术遇到了严重的瓶颈。根据中国氢能联盟预计，到2025年我国氢能产业产值将达到1万亿元；到2050年氢能在我国终端能源体系中占比超过10%，产业链年产值达到12万亿元，将对镁基储氢材料提供大量市场需求。

中国氢气产量增长

资料来源：立鼎产业研究中心

目前，氢气的储存和运输方式主要有高压气态储运氢、液态储运氢、固态储运氢。其中，MgH2/Mg储氢体系因其储氢密度高（质量储氢密度为7.6%（wt），体积储氢密度为110kg/m³）、镁储量丰富（地壳中Mg元素丰度排在第8位）、安全性高、能满足氢气长距离输送的需求等优点，适用于楼宇/园区/家用燃料电池热电联供系统、燃料电池氢源、氢储能系统、氢冶金/氢化工等应用场景，是极具潜力的储氢体系。镁合金储氢的原理是，当氢气与镁合金接触发生化学反应，将氢气吸附在镁表面形成MgH2，这种反应是可逆的，只需将MgH2加热，即可释放出储存在其中的氢气。

利用镁基储氢材料供氢主要有热分解放氢和水解产氢2种途径。MgH2水解产氢系统主要包括水解反应器、氢气纯化、热交换器、防爆阀等安全辅助系统等，其优点在于能量密度高、安全性高，且产物Mg(OH)2无毒并可回收利用，适用于千瓦量级以下的中小型备用电源、无人机、水下潜航器等，但该系统具有实际耗水量大、产氢不稳定、反应难控制等问题。

MgH2水解产氢系统及应用

来源：CNKI

Mg基固态材料与储氢原理为，Mg在300~400℃和2.4~4MPa氢压下可与氢气直接反应生成MgH2。相应地，MgH2在高温、真空或者低氢压的条件下会发生分解放氢。MgH2热分解时发生相变转变为固溶体，氢原子从固溶体层中扩散到表面，接着从化学吸附态转变为物理吸附态，最后氢原子结合成氢分子从Mg颗粒表面释放。由于镁基储氢材料在吸放氢时会放出大量的热量，导致储氢容器发生温度骤变，导致容器吸/放氢速率降低，对固态储氢系统的传热传质过程还需优化设计。

镁基固态材料与储氢系统

来源：CNKI

未来需进一步开发高效、高安全的镁基固态储运氢技术。镁基储氢材料方面，将开发低成本、长寿命的镁基储氢材料及其规模稳定制备技术，用于氢气大规模低成本安全运输；镁基储运氢系统方面，需改善氢热耦合理论模型，优化设计高填充密度、高传热性能、低流阻的镁基固态储运氢系统，并结合加氢站、氢冶金、氢化工、氢储能等应用场景，展开示范应用与推广。给氢燃料电池车供氢或进行氢-电转换后稳定地供电，是未来镁基固态储运氢技术重要的应用方向。

未来镁基固态储运氢技术应用

来源：CNKI

2022年我国氢气产量2800万吨，根据中国氢能联盟预计，到2030年，中国氢气需求量将达3500万吨，在终端能源体系中占比5%。到2050年氢能将在中国终端能源体系中占比至少达10%，氢气需求量接近6000万吨。镁基固态储氢材料的主要成分为MgH2，根据云海金属投资者交流平台，1吨氢气需要20吨镁储氢材料，1吨镁储氢材料中原镁占比80%以上。按原镁占比80%测算，2022-2030年镁储氢材料中原镁需求量CAGR+2.8%。

镁储氢材料及原镁需求测算

来源：中国氢能联盟等