4.3.1　氢及储氢形式

氢是宇宙中含量最丰富的元素，其主要的同位素由一个质子和一个电子组成，该电子在角动量最低时处于基态（1s态），具有-2.18×10-18 J的能量（以原子核和电子的距离为无限远时的能量为零），是一种含能很高的能源。氢气的特性如表4-1所示。

表4-1　氢气的特性

氢燃料电池以氢气为燃料，因此制氢、储氢对于氢燃料电池的应用都是十分重要的影响因素。氢气的制备方式有很多种，主要包括煤制氢、电解水制氢、核能制氢、风能制氢、太阳能制氢、副产制氢等。储氢方式主要取决于应用，在用于交通运输及飞行器领域时，需要存储的体积能在运载器里容纳得下，存储的重量不会影响载体的性能；对于建筑集成应用时，通常必须限制存储容量；对于在电厂或偏远地区的专用存储器，则可以有更大的余地。表4-2给出了不同储氢形式以质量和体积计的存储密度。

表4-2　主要储氢形式对比

以压缩气体的形式储氢是目前最常见的存储形式。标准气瓶的压力为10～20 MPa，氢燃料电池气瓶存储压力范围为25～35 MPa。为了能够存储足够的能量，目前已有存储系统的压力范围提高至70 MPa及以上。

液态储氢需要制冷到20 K以下，并在液化过程中需要工业设施，至少消耗能量15.1 MJ／kg，实际能耗是目前制冷技术的近3倍。在液化过程中需要非常干净的氢气，以及多个循环。最初开发液氢存储技术是用于大型航天飞行器，目前已有小型氢燃料电池无人机采用液氢作为燃料存储方式的，如美国的“离子虎”无人机等。