金属氢化物储氢容器在氢气的存储、输运等方面有着广泛的应用领域，小型金属氢化物储氢器可以为野外分析、气相色谱仪等测试仪器及燃料电池提供氢气。中型金属氢化物储氢器可用于集成电路半导体的生产、粉末冶金和制冷机等方面。作为燃料电池主要的氢源之一，金属氢化物储氢容器可以和氢气发生器、增压装置一起构成一个供氢系统，为燃料电池供氢。除供应氢气外，金属氢化物储氢容器还可应用于蓄热与输热方面，制成蓄热装置、热泵等。

1.金属氢化物容器在储氢与输氢中的应用

氢能源应用的关键技术之一是安全而经济地存储与输运。相对于高压钢瓶及液态氢储运方式，金属氢化物储氢容器可以兼顾安全、经济两个方面。同时金属氢化物储氢容器在储氢密度方面也可高于液氢。在已开发的金属氢化物容器中，铝制TiFe氢化物储氢容器的储氢量为1.15wt%，与高压钢瓶的储氢量（1.15wt%）基本相当。但是存储相同质量氢气所需金属氢化物的体积仅为高压气瓶的约1/4，大大减少了输送装置的体积限制，使汽车输运氢量相对增大。随着储氢材料的开发，质量更轻，储氢量更大的储氢容器不断出现，从而全面突破了高压钢瓶的储氢限制。同时使用金属氢化物储氢容器，还能提高释放氢的纯度，增加氢的附加价值。针对不同的应用需求，目前多个国家和地区制定了标准储氢合金容器的标准（表14-2为德国GFE公司标准储氢合金容器的特性），并开发了多种金属氢化物储氢容器（见图14-8）。

表14-2 GFE公司的标准储氢合金容器的特性

图14-8 市售金属氢化物储氢容器

2.燃氢汽车用氢化物容器

如果将氢直接作为燃料，现有内燃机汽车只要稍加改造即可使用，同时氢发动机的热效率比汽油发动机的高。另外，金属氢化物储氢容器具有加热释放氢的特性，可以利用汽车尾气热量加热随车储氢容器，提供氢气燃料。目前金属氢化物储氢容器主要填充物为金属合金，如TiFe、Mg系氢化物，多元合金如Ti_0.9Zr_0.1CrMn、TiV_0.6Fe_0.15Mn_1.3、MmNi_4.5Mn_0.5等。总之，合金系统的质量能量密度有限，约为液氢系统的1/6～1/17，使汽车一次充氢行驶里程受到了限制。

3.燃料电池用金属氢化物储氢容器

氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成存储能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以持续供电。其特点是：无污染，只有水排放；无噪声、无传动部件；启动快，8s即可达全负荷；可以模块式组装；能量转化效率高，是目前各类发电设备中最高的一种，可达60%～80%，为内燃机的2～3倍；体积小、质量轻，方便使用；用途广。其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）近年来备受关注，对于该系统高效的供氢系统是一大关键，影响整个系统的效率。理想的供氢系统需要兼顾以下几个方面：体积小，质量轻，储氢密度高，易吸放氢，安全性能好。相对于气态及液态储氢方式，金属氢化物储氢容器是一种很好的储氢介质。金属氢化物储氢容器与PEMFC的配合有望获取高能量密度、高能源转化效率的供能系统，广泛应用于各个领域。

常温型储氢合金作为燃料电池氢源存储载体已广泛用于驱动各种交通及其他一些电器设备。早在1988年开始以PEMFC为辅助动力（输入功率100kW）的德国U212混合动力潜艇试航，供氢系统用金属氢化物（见图14-9a）。U212上的燃料电池为300kW，燃料电池动力系统金属氢化物储氢量达到2700～3000kW，单位质量储氢密度1.0%，单位体积储氢密度（实际占位）30kgH₂/m³。日本丰田公司于1996年首次将金属氢化物储氢装置用于PEMFC电动车，2001年，该公司推出的新型燃料电池汽车（见图14-9b），该车储氢方式为储氢合金。德国Benz公司和GFE公司、美国氢能公司、加拿大巴拉德公司等也都先后研制出客车、电动铲车、轮椅车和笔记本电脑等用PEMFC储氢器。波音公司于2008年4月3日成功试飞氢燃料电池为动力源的一架小型飞机（见图14-9c），供氢系统用金属氢化物储氢容器。波音公司称这在世界航空史上尚属首次，预示航空工业未来更加环保。

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图 14-9

a）新型的U212燃料电池动力潜艇 b）丰田FCHV-5汽车 c）波音公司小型飞机

我国是对储氢合金系统研究较早的国家之一，先后设计和试制成功10NI、50NI、1000NI、直到30Nm³多种容量与款式的燃料电池氢燃料箱，图14-10为我国近期自主研制开发的500L氢容量圆柱形金属氢化物储氢容器，并首次完成了储氢装置充氢后的抗振击（冲击振动试验台1800 m/s²加速度振击）、抗枪击（12.7mm曳光穿甲燃烧弹击中）和抗爆炸（50g TNT炸药捆绑引爆）等安全性能的实际现场测试，检测结果充分证明了金属氢化物储氢装置具有很高的使用安全性。同时，我国所研制的燃料电池储氢器已广泛试用于各种不同场合，包括汽车、摩托车、助动车、赛车、游艇以及手提电源和备用电源等（见图14-11）^[20]。2010年上海世博会期间，有包括燃料电池轿车、城市客车和游览车等196辆燃料电池车进行了示范运行。

图14-10 国产500L氢容量圆柱形金属氢化物储氢容器

图14-11我国研制的燃料电池储氢器应用实例

a）汽车 b）助动车 c）便携电源

4.金属氢化物储氢容器在蓄热与输热方面的应用

热能难以存储与输运，利用金属氢化物吸放氢过程中伴随的热效应，可以实现热能的存储与输运。基于该特性，金属氢化物储氢容器可用于存储工业废热、地热、太阳能热等热能，并方便地实现热能的转移。

蓄热用金属氢化物储氢容器中一般有蓄热介质用及储氢介质用两种金属氢化物。氢气由前者释放流入后者时吸热，相反时放热。由废热提供金属氢化物分解热，即可把热能存储起来，便于输运及需要时使用。另外，利用其吸热特性，进一步可以构建“热泵”，实现制冷或供暖，替代现有的空调系统，其工作原理可参考相应专业书籍。