随着传统化石能源（如石油和天然气）的不断枯竭，以及全球人口增长和工业化带来的环境污染问题日益严重，对可持续能源的需求变得愈发迫切[[1], [2], [3], [4], [5], [6]]。因此，新能源的开发与应用已成为全球国家技术战略和能源政策的重要组成部分[[7], [8], [9], [10]]。在众多可再生能源系统中，氢因其高能量密度、环保性、可持续性、广泛可用性和强大的可再生性而备受青睐[[11], [12], [13]]。由于这些优势，世界各国和地区大幅增加了对氢技术研究和开发的投入，并积极推动其在交通、工业和能源储存等领域的应用，如图1所示[14]。随着氢生产、储存和利用技术的不断进步，氢预计将在塑造未来全球能源格局中发挥越来越重要的作用。
特别是，氢能与联合国可持续发展目标（SDGs）之间存在深刻的战略协同性[[15]]。这种协同性不仅体现在目标层面，还贯穿于实施路径和全球治理框架之中。以SDG 7（负担得起的清洁能源）为例，氢作为一种零碳燃料，可以通过使用可再生能源（绿色氢）进行水电解来生产[[16,17]]。在最终使用阶段，氢仅排放水，不产生二氧化碳或空气污染物，从而为电力、交通、工业和建筑等高能耗行业提供清洁、灵活且可储存的能源载体。与风能和太阳能等间歇性能源相比，氢还能通过大规模的氢储存设施实现跨日和跨季节的能源调节，从而提高能源系统的稳定性和可获取性。同时，在SDG 13（气候行动）的维度上，氢为难以电气化且排放量较大的行业提供了可行的深度脱碳路径[[18,19]]。因此，氢能产业已经超越了单一的技术范畴，逐渐成为协调能源安全、环境可持续性和社会经济包容性发展的系统性解决方案。它是构建有韧性和低碳社会的核心支柱之一。
然而，氢在储存和运输过程中仍面临重大技术挑战，其中最关键的问题是安全性与体积或重量氢储存能力之间的内在矛盾[[20], [21], [22]]。作为自然界中最轻的元素，氢的分子体积极小，容易导致泄漏，并存在易燃和爆炸的风险。氢储存容器和运输系统必须满足严格的密封性能、耐压性和整体安全要求。因此，作为氢能应用的关键组成部分，氢储存技术在决定整个氢能系统的运行效率和安全标准方面起着决定性作用[[23], [24], [25]]。
目前，氢储存的主要方法可分为三种类型：高压气体储存、低温液体储存和固态储存[[26,27]]。氢储存方法如图2所示[[28]]。虽然高压气体储存是一项成熟的技术，但其储存系统通常体积较大且重量较重，这限制了其在需要轻量化设计和空间效率的应用中的适用性[[29]]。液态氢储存具有相对较高的体积储存密度[[30]]，但需要将氢冷却至低于-253°C的温度，从而导致大量能量消耗。此外，储存过程中还会发生氢蒸发损失，从而影响整体经济可行性并阻碍其广泛应用。相比之下，固态氢储存涉及在受控条件下氢与特定金属或合金材料的可逆反应，使氢能够以固态形式储存[[31], [32], [33]]。这种方法的主要优点是安全性得到了提升，因为氢被稳定地固定在材料结构中，降低了泄漏和爆炸的风险。此外，固态储存在重量和体积储存能力方面都显示出巨大潜力，近年来引起了学术界和工业界的广泛关注[[35], [36], [37]]。随着材料科学和工程技术的不断进步，固态氢储存有望成为未来氢储存和运输的重要发展方向。
钙钛矿氢化物是一类新型固态氢储存材料，近年来受到了广泛关注，因其独特的晶体结构和优异的化学性质而在氢储存领域展现出巨大的应用潜力[[38], [39], [40], [41]]。图3展示了钙钛矿材料在氢能技术中的应用过程。这些材料通常采用ABHx型晶体结构，其中A位点主要由碱土金属或稀土金属占据，B位点则填充过渡金属。A位点和B位点都可以选择性地替换不同元素，以定制材料的性能，从而形成具有不同物理和化学性质的氢化系统[[42]]。与传统固态氢储存材料相比，钙钛矿氢化物在氢储存能力、反应可逆性和热力学稳定性方面具有显著优势，同时生产成本也相对较低[[43]]。一般来说，ABH3型钙钛矿氢化物的重量氢储存能力范围为1.2 wt%至8.76 wt%[[44]]，这一特性主要由占据A位点和B位点的元素决定。例如，LiVH3和KVH3的重量氢储存能力分别为3.25 wt%和4.97 wt%[[45]]，LiSH3的重量氢储存能力和体积储存能力分别为7.19 wt%和75.59 g?H2/L，而LiSeH3的重量氢储存能力和体积储存能力分别为3.40 wt%和70.26 g?H2/L[[46]]。这些钙钛矿氢化物不仅具有热力学、动力学和机械稳定性，还表现出更好的电子性质[[47]]。此外，Ayyaz和Ullah发现LiCuH3、LiZnH3和LiCdH3的氢解吸温度分别为597.7 K、435.5 K和530.9 K[[48]]。特别是，钙钛矿氢化物通常由储量丰富且价格低廉的元素组成，其合成过程简单，工艺条件温和，原材料成本远低于依赖稀土金属或贵金属的传统氢储存合金。这有效降低了大规模工程应用的初始投资门槛。此外，钙钛矿氢化物在氢吸收和释放过程中表现出优异的可逆性和循环稳定性，具有长期使用的潜力。基于这些特点，钙钛矿氢化物被视为固态氢储存的有前景的材料，在循环氢经济中有望在中温和中等压力条件下实现安全储存和按需释放氢的功能。这将在提高资源韧性、系统安全性和氢供应链的整体生命周期经济效率方面发挥重要作用。
近年来，关于钙钛矿氢化物作为氢储存材料的研究不断深入，在理论设计和实验探索方面取得了显著进展。本文概述了当前钙钛矿氢储存材料的研究现状，重点总结和分析了科学文献中报道的氢储存机制和设计原理，包括热力学和动力学性质。这项工作创新性地探讨了氢储存能力与结构稳定性之间的关系，旨在解决该领域的两个关键挑战：氢储存能力与晶体结构之间的关联以及控制氢解吸的潜在过程。此外，本文还强调了设计具有增强氢储存能力的钙钛矿材料的战略方法，突显了钙钛矿氢化物在氢能应用中的巨大潜力。希望通过这篇系统性的综述，为未来高性能钙钛矿氢储存材料的发展提供宝贵的理论基础和实践指导。
