氫燃料電池的工作原理是什么？氫燃料電池安全嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-06-04 20:53
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今年工信部發(fā)布了將著力發(fā)展氫燃料電池汽車的規(guī)劃，又一次將氫能帶到消費者視野中。而近期南陽水氫發(fā)動機事件的發(fā)生，也讓車業(yè)雜談認識到，不少朋友對于氫燃料電池汽車還存在誤解，因此今天我們就來辟謠。
在我們傳統(tǒng)的印象中，氫氣危險系數(shù)較高，畢竟氫氣球爆炸、儲氫罐爆炸等事故讓許多人談氫色變。正因如此，氫燃料電池汽車也被貼上了易燃易爆炸的標簽，但事實真是如此嗎？
答案當然是否定的。首先從氫氣層面來講，我們承認氫氣的確是可燃氣體，它的爆炸極限為4.0%-75.6%，這意味著當氫氣與空氣混合，在空氣中占據(jù)了這一范圍內(nèi)的體積濃度時，遭遇火源就會爆炸。相比汽油的1.4%-7.6%來說，氫氣的爆炸極限范圍更廣，在密閉空間中確實更容易爆炸。
但同時我們也需要明白，氫氣的浮力較大，若氫氣泄露，它將以20m/s的速度漂浮向上，因此在開闊空間中，氫氣形成爆炸的機會較汽油而言更少。另一方面，氫氣的擴散系數(shù)更大，是汽油的12倍，這也造成單位體積內(nèi)氫氣爆炸所釋放的能量比單位體積汽油更低，造成的損害自然也更低。
而從氫燃料電池安全來講，如果遭遇碰撞事故或一定原因下氫氣泄露，汽車將自行切斷氫燃料電池和儲氫罐的聯(lián)系，這樣一來殘留在燃料電池內(nèi)部進行化學反應的氫氣余量就很少，其中蘊含的能量自然也更少，因此哪怕電池在碰撞過程中有所損傷，也不會造成太大的事故。
那么儲存了大量氫氣的儲氫罐又是否安全呢？以當前氫燃料電池技術最為領先的豐田為例，他們?yōu)閮涔拊O計了多重安全保護。
其一，來自儲氫罐的布置和制造工藝。在碰撞試驗中，豐田Mirai經(jīng)受了時速80km/h的追尾碰撞，盡管汽車受損明顯，但儲氫罐卻毫發(fā)無傷?？梢娫陔[蔽的布置和過硬材質(zhì)的幫助下，儲氫罐是能夠做到防患于未然的。
其二，豐田方面為儲氫罐設計了特殊的氣缸閥，它由一種易溶材料制成，當一定情況下車輛著火時，閥門將感應到溫度自行開啟，強制性排除氫氣。這一設計是為了避免儲氫罐因受熱導致罐內(nèi)氣壓升高，突破儲氫罐承受的極限而引起爆炸。
另外，排出的氫氣若遭遇明火，同樣也是安全的，它將向車輛側后方排出，并形成燃燒，我們可以通過打火機來理解這一現(xiàn)象。同時由于這一閥門為止逆設計，火焰并不會逆流進入氣缸，缸內(nèi)剩余燃料也相對安全。
在我們傳統(tǒng)的印象中，氫氣危險系數(shù)較高，畢竟氫氣球爆炸、儲氫罐爆炸等事故讓許多人談氫色變。正因如此，氫燃料電池汽車也被貼上了易燃易爆炸的標簽，但事實真是如此嗎？
答案當然是否定的。首先從氫氣層面來講，我們承認氫氣的確是可燃氣體，它的爆炸極限為4.0%-75.6%，這意味著當氫氣與空氣混合，在空氣中占據(jù)了這一范圍內(nèi)的體積濃度時，遭遇火源就會爆炸。相比汽油的1.4%-7.6%來說，氫氣的爆炸極限范圍更廣，在密閉空間中確實更容易爆炸。
但同時我們也需要明白，氫氣的浮力較大，若氫氣泄露，它將以20m/s的速度漂浮向上，因此在開闊空間中，氫氣形成爆炸的機會較汽油而言更少。另一方面，氫氣的擴散系數(shù)更大，是汽油的12倍，這也造成單位體積內(nèi)氫氣爆炸所釋放的能量比單位體積汽油更低，造成的損害自然也更低。
而從氫燃料電池安全來講，如果遭遇碰撞事故或一定原因下氫氣泄露，汽車將自行切斷氫燃料電池和儲氫罐的聯(lián)系，這樣一來殘留在燃料電池內(nèi)部進行化學反應的氫氣余量就很少，其中蘊含的能量自然也更少，因此哪怕電池在碰撞過程中有所損傷，也不會造成太大的事故。
那么儲存了大量氫氣的儲氫罐又是否安全呢？以當前氫燃料電池技術最為領先的豐田為例，他們?yōu)閮涔拊O計了多重安全保護。
其一，來自儲氫罐的布置和制造工藝。在碰撞試驗中，豐田Mirai經(jīng)受了時速80km/h的追尾碰撞，盡管汽車受損明顯，但儲氫罐卻毫發(fā)無傷?？梢娫陔[蔽的布置和過硬材質(zhì)的幫助下，儲氫罐是能夠做到防患于未然的。
其二，豐田方面為儲氫罐設計了特殊的氣缸閥，它由一種易溶材料制成，當一定情況下車輛著火時，閥門將感應到溫度自行開啟，強制性排除氫氣。這一設計是為了避免儲氫罐因受熱導致罐內(nèi)氣壓升高，突破儲氫罐承受的極限而引起爆炸。
另外，排出的氫氣若遭遇明火，同樣也是安全的，它將向車輛側后方排出，并形成燃燒，我們可以通過打火機來理解這一現(xiàn)象。同時由于這一閥門為止逆設計，火焰并不會逆流進入氣缸，缸內(nèi)剩余燃料也相對安全。
