氢气作为一种清洁燃料，在卡车和商用车、短程航空和航运等领域有着广泛的应用。与锂电池储能相比，氢气单位重量和体积的能量密度要高得多，续航里程更长，补充速度更快。氢气可以像汽油一样燃烧来获取能量，也可以通过燃料电池发电。
在所有燃料中，它的单位质量能量最高，但储存起来却很麻烦。如果把它放在油箱里，你需要大约 700 个大气压的压缩力。如果把它保存在液体中，你需要将温度保持在绝对零度以上 20 度的低温下。即使把它挤压成过冷液体，它也可能很轻，但它占用的体积却大得惊人，不方便使用，这既耗能又难以在空间有限的环境中存储。
论文截图
来自苏黎世联邦理工学院功能材料学的研究团队似乎解决了这个问题：铁氢储能电池，可以最具成本效应的实现长时效季节性移峰储能，实现普及家用化！
季节性铁氢储能系统图
研究团队的灵感来自于1784年拉瓦锡-莫尼埃蒸汽炼铁法。250年后的今天，困扰全球储能与氢能源利用的蓬勃发展，让这项古老的骨灰级技术再次焕发青春。
铁氢储能系统的原理存储解决方案特别适合瑞士这样的地方，那里夏季太阳能丰富，而冬季太阳能稀缺。
夏季，用多余的太阳能电解水以产生氢气；然后氢气被输送到装有铁矿石的不锈钢反应器中，在常压和400 °C反应环境中氢气将铁矿石还原成铁并生成水，相当去给这个大号电池“充电”；
储能原理图
当冬天再次需要能源时，这一过程会逆转：将热蒸汽送入反应堆，将铁和水重新转化为氧化铁和氢气。然后，氢气可以在燃气轮机或燃料电池中转化为电能或热能。为了将放电过程所需的能量保持在最低限度，蒸汽是利用放电反应产生的余热产生的。
以上过程可以简单描述为4个步骤：
创新点和意义
铁矿石
此方法的几个优点主要包括：
反应堆中使用的铁矿石价格低廉、储量丰富且无需加工。反应器本身只是由不锈钢制成的。充电过程在常规压力下进行即可，无需通常用于储存氢气的高压罐（需要高达350-700 Bar的压力容器）。根据该团队去年 11 月发表的研究论文，目前，单个家庭使用该系统的成本比使用电网电力的成本更高。如果将其扩展到 100 个家庭，能源成本将几乎与电网成本持平，而且据估计，随着系统的扩展，能源成本只会越来越便宜。
该技术的另一个优点是模块化作业，可以轻松扩大存储容量：只需要建造更大的反应堆并在其中填充更多铁矿石。
重要的是所有这些优势使得这种存储技术比现有方法便宜十倍。
试点效果
研究团队在苏黎世联邦理工学院的 Hönggerberg 校区试用了该技术，使用了三个不锈钢反应堆。每个反应堆的容量为 1.4 立方米，装有 2-3 吨铁矿石。该测试工厂可以长时间储存约 10 兆瓦时的氢气，并产生 4-6 兆瓦时的电能，这足以在冬季为三到五个瑞士家庭供电。该试点项目预计将在 2026 年扩大规模，该团队希望利用夏季的太阳能满足校园冬季电力需求的五分之一。
存在的问题与其他能源相比，氢气的生产和转化效率低下，因为在此过程中损失了高达 60% 的能量，换而言之，其整体效率只有40%左右。这意味着当风能或太阳能充足且没有其他选择时，氢气作为储存介质才最具吸引力。
需要注意的是，这其中效率低下不是因为这项技术本身所限制的，目前氢燃料电池发电效率在40~60%，其余部分主要表现为热能，考量热电联供效率整体可以到90%左右。
就储能技术而言，铁氢储能效率、长时效是比抽水蓄能、电化学储能更容易落地、普及应用的一个重要方向。
