综述：固态储氢合金的研究进展综述

（编辑推荐）本综述系统评述了固态储氢合金（HSAs）的最新研究进展，重点探讨了钒基体心立方（BCC）合金、镁基晶体/非晶合金及多组分高熵合金（HEAs）的吸放氢（de-/hydriding）动力学、热力学及循环稳定性，为开发安全高效、符合美国能源部（DOE）目标（6.5 wt% H2，50 gH/L）的储氢技术提供了关键见解。

　　

引言

氢能因其高能量密度（142 MJ/kg）、零碳排放和可再生性被视为替代化石燃料的理想选择。然而，氢的低温（?253°C）和低密度（0.08988 kg/m³）特性使其储存成为关键挑战。传统高压压缩（700 bar）和低温液化（CLHS）技术存在能耗高（13%–40%能量损失）和安全性问题，而液态有机氢载体（LOHCs）则面临低温动力学迟缓和杂质（CO_x）污染难题。相比之下，固态储氢合金通过金属氢化物（如LaNi₅H₆、MgH₂）的化学键合实现了温和条件下的高密度储氢，但其容量（<2.0 wt%）仍需突破。

合成技术

固态储氢合金的制备方法包括熔炼、机械合金化（球磨）、气相沉积和燃烧合成等。其中，机械合金化可通过纳米结构调控显著提升合金的吸放氢速率，而高熵合金（HEAs）的多元组分设计则赋予材料更优的热力学适应性。

传统间隙型储氢合金

AB₅型（如LaNi₅H₆）和AB₂型（如TiMn₂）合金已商业化，但其容量受限。通过元素掺杂（如Ce替代La）可调节平台压力（P_eq），而纳米化处理能改善循环稳定性。

钒基BCC合金

钒基体心立方（BCC）合金（如V-Ti-Cr）具有高理论容量（3.8 wt%）和宽固溶区间，但易形成稳定氢化物（如VH₃）。通过添加Fe或Ni可降低脱氢焓变（ΔH），而表面催化（Pd包覆）能加速氢扩散。

镁基合金

镁基合金（MgH₂）凭借7.6 wt%的高容量和低成本成为研究热点，但其高温脱氢（>300°C）限制应用。非晶化（如Mg-Ni-Y）和催化剂负载（Nb₂O₅）可将脱氢温度降至150°C以下，循环寿命提升至1000次以上。

多组分高熵合金（HEAs）

HEAs（如TiZrHfNbTa）通过高混合熵效应实现宽温区（?40–200°C）可逆储氢，其无序结构抑制了氢脆现象。近期研究显示，轻量化设计（Al-Li-Mg）可将容量提升至5.0 wt%，接近DOE目标。

总结与展望

未来研究需聚焦于：（1）开发室温高容量（>4.0 wt%）合金；（2）优化催化剂（如碳纳米管负载Ni）以降低能耗；（3）规模化制备技术（如3D打印）降低成本。固态储氢合金在移动电源、车载储氢等场景的应用潜力巨大，但需解决材料衰减和系统集成问题。