日本东北大学WPI-AIMR研究中心的李浩杰出教授领导的研究团队，在固态储氢材料领域取得新见解。研究发现，磁性是影响储氢合金在存储容量与材料稳定性之间平衡的关键因素，通过调控材料的磁性能，有望设计出兼具高容量与良好稳定性的新型储氢材料。该研究成果已于近期发表在学术期刊《Chemistry of Materials》上。

氢能在未来清洁能源体系中扮演重要角色，但其高效、安全的储存技术仍是规模化应用的挑战之一。固态储氢，即氢被金属材料吸收储存，被认为是高压气态储罐的一种有潜力的替代方案。然而，许多储氢合金面临储氢容量与材料稳定性难以兼得的矛盾。

研究团队发现，磁性这一以往在储氢材料设计中未被充分重视的性质，对此矛盾起着决定性作用。李浩教授表示：“磁相互作用通常不被视为储氢材料的核心因素。我们的结果表明，磁相互作用可以决定性地影响合金的稳定与否。通过抑制磁性，我们可以显著拓宽适用于储氢的合金成分范围。”

该研究聚焦于AB₃型金属间化合物合金。利用先进的第一性原理计算结合蒙特卡洛模拟，研究人员系统研究了以钙、钇、镁为A位元素，钴或镍为B位元素的合金体系。分析表明，磁性强度与合金稳定性存在直接且显著的联系。在钴基合金中，强磁性显著提高了合金的形成能，导致材料热力学不稳定。尽管添加镁等轻质元素可提高储氢容量，但也会增强钴基合金中的磁相互作用，反而限制其性能。为抵消此效应需添加钇等重元素来抑制磁性，但这会降低整体的储氢质量效率。

研究团队提出了一个简便有效的解决方案：用镍替代钴。镍基合金表现出弱得多的磁性，某些成分甚至近乎非磁性。这种磁抑制效应使得合金在很宽的成分范围内保持稳定，包括能提供高储氢容量的富镁成分合金。李浩教授解释道：“通过用镍替代钴，我们发现合金的稳定性大幅提高，即使它们含有大量的镁。这使我们能够设计出同时具备高储氢容量和良好热力学稳定性的材料，这对于实际应用至关重要。”

研究不仅证实了已知储氢合金CaMg₂Ni₉的优异性能，还预测未被探索的富镁镍基合金可能实现高达约3.4重量百分比的储氢容量，同时保持热力学稳定。这些发现为一系列有前景的新材料指明了方向。

该研究的更广泛意义在于，它将磁性确立为储氢材料设计的一个关键参数。这项工作表明，磁相互作用能决定性地影响合金稳定性和储氢容量，而不仅仅是次要性质。这一见解的影响可能超越氢能领域，类似的磁与电子效应在电池、催化等其他功能材料中也起着重要作用。通过展示如何有意识地调控磁性以改善材料性能，此项研究为设计更广泛的能源相关先进材料提供了新的思路框架。固态储氢材料的磁调控策略，特别是对镍基合金的开发，为提升储氢容量与稳定性开辟了新的途径。

出版详情：作者：Hung Ba Tran 等人，标题：《通过抑制磁性调谐 AB3型合金的稳定性》，发表于：《材料化学》 (2026)。期刊信息： 《材料化学》