质子交换膜燃料电池的研究开发与应用 浅析氢燃料电池安全性：知识普及与技术提升一样重要

浅析氢燃料电池安全性：知识普及与技术提升一样重要

其实，燃料电池比想象中更安全，我们对燃料电池多一分了解，对它的安全性能就会多一分信赖。燃料电池知识的普及仍任重道远。

10月20日，全国政协副主席、科技部部长万钢在视察国内龙头燃料电池发动机企业时表示，中国氢燃料汽车产业发展需要形成“顶天立地、铺天盖地”的行业态势。这无疑是对氢燃料电池企业的莫大鼓励。随着技术的发展，氢燃料电池受到越来越多投资者、企业的青睐，国家相关部门越来越重视，氢燃料电池被空前看好。

然而，氢燃料电池并非锂电池，其技术门槛之高并非锂电池所能比，由于普及程度不高，公众对氢燃料电池的了解少，对氢燃料电池车的安全尚有疑虑。

氢气本身特性：易燃易爆 风险可控

氢气是易燃易爆品，它的可燃范围是4——75vol%，爆炸范围是18——59%vol，无色无味，人们凭感官无法对氢气的泄漏有所警觉，这或许就是人们对其有戒备心理的一个重要原因。其实氢气并非不可捉摸，它的安全风险是可控的。

氢气是最轻的气体，在空气中扩散速度快。据中国运载火箭技术研究院十五所研究员、航天新长征电动汽车技术有限公司首席专家靳殷实介绍，氢气向上扩散速度几乎可达到20m/s，是氮气的2倍，天然气的6倍。因此，除非受到屋顶、通风差的屋子或其他充有上升气体的场所限制，氢气的特性会防止它聚集在泄漏处周围。

靳殷实表示，氢气在室内发生泄漏会暂时聚集在天花板处，最终将转移到角落，因此，工业领域通常使用氢气感测器来检测氢气泄漏。几十年来，氢气感测器保持了极高的安全记录。

在开放空间，氢气的扩散系数是汽油的12倍，从危险程度上看，汽油的爆炸能量是相同体积氢气的22倍，在发生爆炸时，由于氢气密度远低于空气，爆炸会发生在气源上方，而汽油的爆炸则发生在燃料周围，汽油的危险程度远甚于氢气。

图左侧为氢气燃料爆炸，右侧为汽油发生爆炸

关于人们对氢燃料电池车安全问题的疑虑，中国工程院院士衣宝廉解读为，人们已经习惯于汽油作为燃料，对氢气这种燃料缺乏了解，如果采取必要的措施，氢气的安全是可以保障的。

储氢系统研发：为氢燃料电池提供安全保障

不可否认，国内外在运氢过程中都曾发生过一些事故，氢气压力超过储氢容器材料的最大压力极限，引起容器爆裂。因此，储存氢气的压力容器必须处于安全状态。

高压储氢瓶组是燃料电池供氢系统中的重要储能部件，也是安全隐患的根源所在。目前，储氢气瓶主要分为四类，即I金属气瓶、II金属内胆幻想缠绕气瓶、III金属内胆全缠绕气瓶和IV非金属内胆全缠绕气瓶。据了解，鉴于安全考虑，IV型氢气瓶目前在国内禁止使用，而I型、II型气瓶比较笨重，不适合在车上使用，国内在用的III型氢气瓶最多。

业内有企业针对当下氢气瓶存在的不足，研发出铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶，采用整体成型的金属内胆，在其外表面缠绕浸渍过定量树脂的高性能纤维。这种气瓶在爆破试验、常温疲劳试验、坠落试验等项目中表现不错，将为氢燃料电池的安全再添保障。

国外70MPa储氢瓶技术比较成熟，在已经或即将量产的车型上搭载的多是70MPa储氢罐，比如丰田Mirai、本田Clarity等车型，续驶里程均在500km以上。国内目前已经开发出车载70MPa储氢瓶样机，据了解，上汽集团也基本掌握了70MPa高压储氢和加注系统关键技术。

除了氢瓶的研发外，氢瓶的固定程度也对氢燃料电池的安全影响重大。业内有企业在这方面比较用心，对储氢系统固定支架做了轻量化与可靠性设计，通过用足够强度的专用储氢系统固定支架将氢瓶组、氢瓶阀及高压管路集成在一起并用钢带支撑，确保高压氢瓶不因碰撞发生太大位移，从而避免连接管路断裂、变形，防止氢气发生泄漏。