氢能作为清洁、高效的绿色能源，应用广泛，涵盖交通、航空航天、发电及医疗等领域。氢气来源多样，如海水、可再生植物、煤炭和天然气等，燃烧产物为水，是理想的零碳排放燃料。因此，氢能开发及相关产业建设已成为我国能源战略的重点方向。储能与氢能技术的推广，将助力我国实现能源利用高效化和经济绿色转型。

图1 氢气的应用场景

将制得的氢气储存于合适的介质并运输至终端用户，是多能互补系统实现能源高效配置的关键，也是储氢技术研究的重点。目前，主要的储氢方式包括压缩气体储氢、液化储氢和吸附储氢（如多孔碳材料、金属氢化物）。然而，这些方式普遍面临成本高、储存条件苛刻以及安全风险较高的问题，显著限制了氢气储能技术的推广与应用。

氢气水合物是一种在特定温度和压力下形成的非化学计量晶体化合物，其结构由水分子通过氢键形成笼状网络，并通过范德华力容纳氢气分子形成稳定的化合物。与传统储氢技术相比，水合物储氢具有安全性高、反应成本低、单位储氢量相对较高、释氢过程简单等优势，展现出广阔的应用前景。

图2 氢气水合物

图3 各类储能方式能量密度比较

图4 各类储氢方法成本比较

持续、高效的传热传质过程及较大的气液接触面积是氢气水合物形成的关键。然而，水合物形成过程中释放的热量，以及已生成水合物对气液传质的影响，会干扰传热传质效率，进而影响相平衡条件、生成速率和储氢量。

针对这一难题，本课题组提出了一种基于先进水射流雾化强化的水合物结晶技术，并开发了先进水射流强化氢气水合物结晶实验装置。先进水射流强化氢气水合物结晶装置结构紧凑，占地面积小，反应原料仅为氢气和水，适用于各类能源生产场合。这种新型高效储能技术能将可再生能源转化为氢气，并以水合物形式运输至用户端。到达用户端后，水合物分解产物为水和纯氢气，氢气可直接用于燃烧、反应，或作为燃料电池为电网和用户供电。水合物的分解通过提供熔化潜热即可完成，故可利用工厂或住宅等用户端产生的废热进行分解，实现低品位废热的利用。

图5 先进水射流强化氢气水合物结晶装置

图6 反应装置生成的水合物