氢气被视为未来清洁能源系统的重要组成部分，但如何实现高效且安全的储存，仍是其规模化应用面临的关键挑战之一。固态氢储存通过让氢吸附进入金属材料，被认为是高压储氢罐的潜在替代方案。不过，许多氢储存合金长期存在储氢容量与材料稳定性之间的权衡。

东北大学WPI-AIMR杰出教授李昊带领的研究团队在期刊《Chemistry of Materials》发表研究称，磁性是此前被低估、但会显著影响上述权衡的因素。研究人员表示，通过调控合金的磁性，有望设计出同时具备热力学稳定性与较高储氢能力的氢储存材料。

李昊在论文中指出，磁性通常不被视为氢储存材料的核心变量，但研究结果显示，磁性相互作用可能决定合金在热力学上是稳定还是不稳定；通过抑制磁性，可显著扩大适用于储氢的合金成分范围。

研究团队将工作重点放在AB₃型金属间化合物合金上，这类材料以吸氢速度快、可逆性较好而受到关注。研究人员结合第一性原理计算与蒙特卡洛模拟，系统考察了A位由钙、钇、镁构成、B位由钴或镍构成的合金体系。

磁性对钴基合金稳定性的约束

研究分析显示，磁性强度与合金稳定性之间存在直接且稳固的联系。在钴基合金中，较强的磁性会显著提高形成能，从而使材料在热力学上趋于不稳定。

研究人员同时指出，引入镁等轻元素可提升储氢容量，但也会增强含钴合金中的磁性相互作用，进而限制材料性能。若要抵消这一影响，需要加入钇等较重元素以抑制磁性，但这会降低整体储氢效率。

以镍替代钴带来更宽稳定区间

研究团队提出的解决路径是以镍替代钴。结果显示，镍基合金的磁性更弱，在部分成分中甚至接近无磁性。磁性被抑制后，合金可在更广的成分范围内保持稳定，其中包括具有较高储氢容量的富镁合金。

李昊表示，研究发现用镍替代钴后，即便合金含有较高比例的镁，材料也更稳定，从而为兼顾高储氢容量与热力学稳定性提供了可行的设计方向。

研究还确认了已知氢储存合金CaMg₂Ni₉的性能，并预测尚未开发的富镁镍基合金在保持热力学稳定的同时，氢容量可达到约3.4重量百分比。研究人员认为，这些结果指向了一类值得进一步合成并开展实验验证的新材料。

研究强调磁性作为材料设计参数

除具体合金体系外，该研究将磁性确立为氢储存材料设计中的关键参数。研究人员指出，磁性相互作用并非次要属性，而可能在合金稳定性与储氢容量之间起决定性作用。

论文同时提到，类似的磁性与电子效应也存在于电池、催化剂等功能材料中。研究通过展示如何有目的地调控磁性以改善材料表现，为能源相关材料的设计提供了新的思路。