在质子交换膜水电解器中的灾难性局部防火形成机制和安全预防措施
Aidong Tan1, Jiayi Song2, Xutao Qiu2
1Beijing Laboratory of New Energy Storage Technology, Institute of Energy Power Innovation, North China Electric Power University, Beijing, P. R. China. tanad@ncepu.edu.cn.
Nature communications
|October 14, 2025
概括
在质子交换膜水电解 (PEM电解) 堆中的局部防火是由于缺水造成的. 这导致膜故障,气体混合和点火,突出显示了工业扩张的关键安全需求.
科学领域:
- 电化学工程 电化学工程
- 储能系统 储能系统 储能系统
- 的生产技术 的生产技术
背景情况:
- 质子交换膜水电解 (PEM电解) 对于绿色的生产和能量储存至关重要.
- 工业规模的PEM电解安全性经常被忽视,造成重大风险.
- 在运行中的PEM电解堆中发生了局部防火事件.
研究的目的:
- 调查PEM电解堆中局部防火的原因和机制.
- 在单个电解器中复制和分析防火过程.
- 为工业PEM电解制定安全指南和预警系统.
主要方法:
- 在100千瓦和2千瓦的PEM电解堆中分析防火事件.
- 在单个电解器中复制事件,在现场捕获膜电极组件 (MEA) 防火.
- 物理化学分析和模拟以研究缺水对MEA导电性和温度的影响.
- 在5千瓦电池中开发和测试安全预防措施和预警方法.
主要成果:
- 由流通道阻塞引起的缺水被确定为防火的主要原因.
- 缺水使膜导电率降低了100倍,导致显著的朱尔加热 (>150°C).
- 升高的温度使膜变软,导致穿孔,H2-O2混合,随后发生防火.
- 建立并验证了有效的安全预防措施和早期预警系统.
结论:
- 了解防火机制对于安全的PEM电解扩展至关重要.
- 在PEM电解中,缺水构成了关键的安全隐患,导致热失控和爆炸.
- 实施强大的安全设计,监控和预警系统对于工业应用至关重要.
