第4章　氢燃料电池及系统安全

4.1　氢燃料电池氢气的安全性

氢燃料电池是以氢气为燃料的发电装置，因此在氢燃料电池系统中首要的安全问题就是氢气的安全。氢气特性如下：

①泄漏性[1] 氢是最轻的元素，分子直径小，比液体燃料和其他气体更容易从小孔中泄漏。一旦发生泄漏，氢气就会迅速扩散。在空气中，氢气火焰几乎是看不到的。因此接近氢气火焰的人可能不知道火焰的存在，从而增加了危险性。

②挥发性 与汽油、丙烷、天然气相比，氢气具有较大的浮力（快速上升）、较强的扩散性（横向移动）和快速挥发性。通常情况下，空气中很难聚集高浓度的氢，如果发生泄漏，氢气会迅速扩散，特别是在开放环境中，很容易快速逃逸，而不像汽油挥发后滞留在空气中不易疏散。美国迈阿密大学的Swain博士做过一个著名的试验，即两辆汽车分别用氢气和汽油作燃料，然后进行泄漏点火试验。点火3s后，高压氢气产生的火焰直喷上方，汽油则从汽车的下部着火；到1min时，用氢气作燃料的汽车只有漏出的氢气在燃烧，汽车没有大问题，而汽油车则早已成为大火球，完全烧光。所以氢气易挥发的性质，与普通汽油相比，更有利于汽车的安全。

③可燃性 氢气燃烧性能好、点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃烧速度很快。

④爆炸性 氢气的爆炸极限是在4%～75%（体积分数）之间，而甲烷的爆炸极限在5%～15%之间。也就是说，在使用中，氢气的体积浓度要保持在4%的燃烧下限以下，并安装探测器警报与排风扇共同控制氢气浓度。

⑤氢脆 是指金属在冶炼、加工、热处理、酸洗和电镀等过程中，或在含氢介质中长期使用时，材料由于吸氢或者氢渗透而造成力学性能严重退化，发生脆断的现象。

《氢气使用安全技术规程》规定了气态氢在使用、置换、储存、压缩与充（灌）装、排放过程以及消防与紧急情况处理、安全防护方面的安全技术要求。但要注意的是该标准适用于气态氢生产后的地面上各作业场所，不适用于液态氢、水上气态氢、航空用氢场所及车上供氢系统。