[读懂科学]液氢储存量保留97%，储存时间延长至3倍

by Kim Jonghwa

Published 29 Sep.2026 09:00(KST)

蔚山科学技术院、梨花女子大学及欧洲研究团队验证金属有机框架储氢方案
氢气耗尽时间从64天延至221天，实际储罐应用仍需进一步验证

一项研究显示，在液氢储罐中加入布满微孔的多孔材料，几乎不减少氢气储存量，就能显著降低蒸发损失。模拟实验中，储罐在保有纯液氢储存量约97%的同时，氢气全部耗尽所需时间从64天延长至221天，增加至3倍以上。这为解决液氢运输中的蒸发损失难题提供了新思路。

蔚山科学技术院29日表示，该校化学系教授 Oh Hyeoncheol、梨花女子大学教授 Moon Hoeri 与德国慕尼黑工业大学研究团队，通过吸附实验和模拟实验，验证了利用金属有机框架降低液氢蒸发损失的方案。研究成果发表于国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。

利用金属有机框架（MOF）降低液氢蒸发损失的原理：多孔材料MOF可高密度吸附氢气，延缓其气化。在以运输用中真空储罐为条件的模型中，单独储存液氢可维持64天，采用IRMOF-20后延长至221天。研究团队供图。

氢气液化后体积大幅缩小，有利于大规模储存和运输。难点在于液氢必须维持在约零下253摄氏度的超低温环境中。外部热量进入储罐后，液氢会气化，导致罐内压力上升，最终不得不排出部分氢气，造成损失。

研究人员认为，金属有机框架可在这一过程中起到“热缓冲材料”的作用。这种材料内部布满纳米级微孔。吸附在孔隙中的氢气要重新脱附，需要额外吸收热量。外部传入的部分热量因此被用于使氢气从金属有机框架中脱附，从而延缓液氢蒸发。

研究团队比较了孔隙体积大、结构坚固的金属有机框架“IRMOF-20”，以及孔隙大小和形态会随氢气吸附而变化的金属有机框架“MIL-53”。

关键在于金属有机框架本身会占用空间。即使能够延缓蒸发，如果材料使储罐可容纳的氢气大幅减少，也难以用于实际储存和运输。

模拟结果显示，使用IRMOF-20的储罐可储存的氢气约为仅储存液氢时的96.6%。尽管材料占用空间，储存量仅减少了3%多。研究人员根据氢气吸附量和孔隙体积估算，孔隙内部的氢气密度约为每升82克，高于液氢密度。

延缓蒸发损失的效果更为显著。在假设使用容积约56.6立方米的运输用真空绝热储罐进行的模拟实验中，中真空条件下，仅储存液氢的储罐约64天后氢气便全部耗尽；加入IRMOF-20后，这一时间延长至约221天，增加至3倍以上。在低真空条件下，耗尽时间也从7天延长至22天。

研究团队合影。从左至右依次为蔚山科学技术院教授 Oh Hyuncheol、慕尼黑工业大学博士 Park Jitae、梨花女子大学教授 Moon Hoeri、蔚山科学技术院博士 Park Jaewoo。蔚山科学技术院供图。

相比之下，MIL-53更有利于将氢气吸附至较高温度，但储存量降至仅储存液氢时的约52.8%。在中真空条件下，氢气全部耗尽所需时间约为128天。研究人员据此分析认为，除金属有机框架的氢气吸附能力外，还须综合考虑孔隙体积、材料密度及氢气释放温度等因素。

中子非弹性散射实验还发现，进入金属有机框架孔隙的氢气无法自由旋转。研究人员认为，这为氢气在孔隙内密集聚集并稳定吸附的判断提供了间接证据。

不过，这一结果并不意味着实际液氢储罐的储存时间可以立即延长至3倍以上。储罐分析是以材料理论最大性能为基础进行的模拟实验，实际大型储罐能否取得同样效果，仍需进一步验证。

Oh Hyeoncheol 表示：“综合考虑孔隙体积、密集储氢能力以及吸附氢气的释放特性，研究表明，即使加入多孔材料，也能在几乎维持原有储存量的同时，减少运输过程中的蒸发损失。但这一结果是按材料的理论最大性能计算得出的，实际储罐能否实现同样效果，还需要进一步验证。”

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。