铁与钛的“纠缠”竟成万亿赛道通关密码？

2025-03-18 10:15

氢能凭借清洁、高效以及可再生等显著优势，已然成为构建未来能源体系的关键支撑，若要充分释放其潜能，实现其在能源领域的广泛应用，高效储氢技术的突破则是无法回避的重要课题。而钛铁合金储氢技术以其独有的特性与优势，备受全球科研界的高度关注。

全球实验室的竞技与突破

国外的研究重点聚焦于成分调控和纳米技术，通过精确调整Ti、Fe比例，可改变合金晶体结构，增加氢原子存储位点，从而提升储氢量。例如，当钛含量略高于铁时，合金的储氢性能显著改善。与此同时，纳米级钛铁合金颗粒的制备成为研究热点。纳米颗粒的比表面积更大，可加速氢气的吸附与脱附，实验显示其吸氢速度较传统微米级合金提升数倍，为快速充放氢场景提供了新思路。在国内，钛铁合金研究呈现百花齐放之势。西北有色金属研究院深耕微观结构调控，其成果广泛应用于航空航天领域，验证了钛铁合金在极端环境下的可靠性。攀钢研究院主导修订的《钛铁钛含量的测定硫酸铁铵滴定法》国际标准于2025年发布，重新定义了全球钛铁合金的质量检测规则。中国科学院赣江创新研究院研发的新型TiFe合金引入稀土元素和Nb，储氢量突破2wt%，室温活化时间缩短至4小时，循环稳定性显著提升。哈尔滨工业大学通过真空熔炼结合超声波技术，制备出具有弥散Y相的TiFe基合金，在30℃下储氢量达1.73wt%，吸氢速率提升至120秒内完成90%的容量吸收。

与镁基储氢的“攻守擂台”

相较于镁基固态储氢技术，钛铁合金展现出独特优势。其活化条件温和，添加Mo、Cr等元素后可在较低能耗下实现活化，而镁基材料需300℃以上高温放氢。钛铁合金的平衡氢压（0.3MPa）更贴近工业需求，尤其在分布式能源系统中表现稳定。此外，钛铁合金研究历史长达半个世纪，技术成熟度更高，材料制备与性能调控经验丰富。然而，其储氢密度（1.86wt%）低于镁基材料，在车载储氢等空间敏感场景中劣势明显。我国作为镁资源大国，镁基储氢在长距离运输中更具成本潜力，而钛铁合金因制备工艺复杂，大规模应用成本仍需优化。展望未来，钛铁合金储氢技术将在多元领域释放潜力。在氢燃料电池汽车领域，其成本优势和安全性可为车辆提供经济高效的储氢方案；在可再生能源系统中，钛铁储氢装置可与风光发电耦合，实现电能-氢能的高效转换与稳定供应；在化工冶金等工业场景中，其可靠性可降低氢气存储成本，助力绿色生产。随着储氢密度提升与工艺革新，钛铁合金有望在氢能产业中占据更重要的战略地位，为全球能源转型提供坚实支撑。