鋰離子電池儲(chǔ)能電柜使用水滅火產(chǎn)氫分析研究
作者：張宏, 種晉, 蔣錦輝, 陳亭楓, 劉子華, 鐘芳祥, 章曉偉
單位：寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司
引用：張宏, 種晉, 蔣錦輝, 等. 鋰離子電池儲(chǔ)能電柜使用水滅火產(chǎn)氫分析研究[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù), 2023, 12(10): 3145-3154.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0394
摘 要 “雙碳”目標(biāo)的提出給我國(guó)鋰電儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展帶來(lái)了新機(jī)遇，隨之而來(lái)的儲(chǔ)能電柜熱失控問(wèn)題也日漸凸顯。消防水由于兼具易得性、有效性及經(jīng)濟(jì)性三大屬性，成為處置鋰離子電池火災(zāi)最常規(guī)的手段，但應(yīng)對(duì)高壓儲(chǔ)能電柜火災(zāi)時(shí)電解產(chǎn)氫的問(wèn)題使其安全性受到質(zhì)疑。本工作在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用理論分析及定量計(jì)算的方法建立了不同邊界情況下儲(chǔ)能電柜電解產(chǎn)氫速率及產(chǎn)氫濃度的模型，以此探究利用不同水質(zhì)處置儲(chǔ)能電柜熱失控方案的安全性。結(jié)果表明：(1)儲(chǔ)能電柜電解產(chǎn)氫速率受多種因素影響。其中，電化學(xué)參數(shù)對(duì)產(chǎn)氫速率的影響很小，而水質(zhì)電導(dǎo)率、電柜絕緣保護(hù)及電解溫度等對(duì)產(chǎn)氫速率影響較大，是影響產(chǎn)氫速率的關(guān)鍵因素；(2)以市場(chǎng)上主流的兩種預(yù)制艙式儲(chǔ)能集裝箱為例，在極端條件下(水溫為90 ℃；內(nèi)部所有儲(chǔ)能電柜浸水，電柜及電箱絕緣保護(hù)均被破壞；內(nèi)部通風(fēng)失效，無(wú)通風(fēng))：①使用自來(lái)水水質(zhì)滅火時(shí)，持續(xù)3 h，其氫氣濃度仍遠(yuǎn)小于爆炸下限，具備滅火可行性；②使用海水水質(zhì)滅火時(shí)，持續(xù)1 h，其氫氣濃度小于爆炸下限，配合通風(fēng)措施，具備滅火可行性；③使用工業(yè)堿水水質(zhì)(30% KOH溶液)滅火時(shí)，產(chǎn)生的氫氣濃度會(huì)大于爆炸下限，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。
關(guān)鍵詞 儲(chǔ)能電柜；熱失控；電解產(chǎn)氫；儲(chǔ)能安全
隨著全球氣候變暖帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)愈加凸顯，控制溫室氣體輸出量已成為國(guó)際社會(huì)共識(shí)。自加入巴黎協(xié)定以來(lái)，我國(guó)為控制溫室氣體排放做出了巨大努力，并于2020年提出“碳達(dá)峰”“碳中和”的目標(biāo)，這一目標(biāo)的提出給我國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展帶來(lái)了新機(jī)遇。鋰離子電池由于能量密度高、壽命長(zhǎng)、污染可控及可回收性等諸多優(yōu)勢(shì)而成為儲(chǔ)能領(lǐng)域的首選載體，由此帶來(lái)了鋰電儲(chǔ)能行業(yè)的快速擴(kuò)張。
儲(chǔ)能電柜系統(tǒng)往往是由成百上千個(gè)單體鋰電池按特定要求經(jīng)過(guò)電氣連接組成，容量可達(dá)到兆瓦時(shí)或吉瓦時(shí)，一旦發(fā)生電池?zé)崾Э鼗馂?zāi)，其內(nèi)部反應(yīng)和噴出物質(zhì)燃燒釋放的熱量將引發(fā)嚴(yán)重災(zāi)難。目前，國(guó)內(nèi)外處置鋰離子電池?zé)崾Э貑?wèn)題最常規(guī)的手段是直接使用消防水降溫?fù)錅?。其一，消防水隨處可見(jiàn)，可以滿足應(yīng)急處置及時(shí)性的需求；其二，消防水對(duì)鋰離子電池火災(zāi)降溫?fù)錅绲男Ч驳玫搅藦V泛認(rèn)可；其三，利用消防水處置鋰離子電池火災(zāi)相較其他的處理手段來(lái)說(shuō)，成本最為低廉。
然而，盡管消防水兼具易得性、有效性及經(jīng)濟(jì)性三大屬性，隨著鋰電池儲(chǔ)能電柜的出貨量及應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)大，其發(fā)生熱失控事件的數(shù)量也不斷增加，應(yīng)急處置方式本身的安全性也越來(lái)越被重視。尤其是鋰電池儲(chǔ)能電柜以直流電輸出的特點(diǎn)，在遇水時(shí)可能會(huì)發(fā)生電解產(chǎn)氫反應(yīng)由此引起二次爆炸傷害。這一安全問(wèn)題的存在，使得利用水處置鋰離子電池?zé)崾Э氐姆桨钢饾u被質(zhì)疑。因此，本工作在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用理論分析及定量計(jì)算的方法建立了不同邊界情況下儲(chǔ)能電柜電解產(chǎn)氫速率及產(chǎn)氫濃度的模型，以此探究利用不同水質(zhì)處置儲(chǔ)能電柜熱失控方案的安全性。該研究將為水處置鋰離子電池?zé)崾Э貑?wèn)題提供安全依據(jù)，同時(shí)也為鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)海上運(yùn)輸利用海水應(yīng)急處置的方案提供理論基礎(chǔ)。
1 儲(chǔ)能電柜遇水產(chǎn)氫原理
1.1 產(chǎn)氫原理
儲(chǔ)能電柜遇水產(chǎn)氫原理可以簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單電解水的過(guò)程，以陰極為例，恒壓直流電源電解水會(huì)經(jīng)歷以下3個(gè)過(guò)程(忽略電解水外的副反應(yīng))。
（1）反應(yīng)開(kāi)始階段
電解水反應(yīng)發(fā)生，電解池形成電流回路，陰極開(kāi)始產(chǎn)氫，該過(guò)程發(fā)生在回路形成瞬間，存在時(shí)間極短。
（2）反應(yīng)持續(xù)發(fā)生階段
陰極產(chǎn)氫反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，一方面OH-不斷在陰極附近聚集，濃差極化電阻Rcon不斷增大，產(chǎn)氫速率不斷減??；另一方面在陰極附近聚集的OH-因?yàn)闈舛忍荻鹊奶嵘蛑胁繀^(qū)的擴(kuò)散速率不斷增大。此時(shí)OH-產(chǎn)生速率>擴(kuò)散速率+遷移速率，由于濃差極化現(xiàn)象的產(chǎn)生導(dǎo)致析氫速率下降。
（3）反應(yīng)達(dá)到平衡
隨著反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)陰極表面OH-產(chǎn)生速率=擴(kuò)散速率+遷移速率，此時(shí)產(chǎn)氫速率達(dá)到穩(wěn)定。反應(yīng)產(chǎn)物為水，電壓持續(xù)下產(chǎn)氫反應(yīng)不會(huì)停止。
陰陽(yáng)極反應(yīng)如式(1)、式(2)所示：
綜上，電解產(chǎn)氫反應(yīng)機(jī)理、產(chǎn)氫速率與時(shí)間變化如圖1、圖2所示。
圖1 產(chǎn)氫反應(yīng)機(jī)理
圖2 產(chǎn)氫速率隨時(shí)間的變化
若假設(shè)不考慮濃差極化增大對(duì)產(chǎn)氫速率的減小。只考慮初始t0時(shí)刻附近的最大速率作為析氫反應(yīng)的恒定速率值，如果在此速率下的產(chǎn)氫量沒(méi)有達(dá)到氫氣的燃爆濃度下限，則可以排除氫氣對(duì)實(shí)際應(yīng)用情況的影響。
1.2 公式推導(dǎo)
根據(jù)前文對(duì)于儲(chǔ)能電柜遇水產(chǎn)氫原理的分析，依據(jù)回路分壓原理，外部電壓等于內(nèi)部各處分壓之和，由此得到式(3)。
式中，E為外部電壓值(V)，電芯2.8～3.6 V、電箱145.6～187.2 V、電柜1164.8～1497.6 V；Er為理論分解電壓(V)根據(jù)Nernst方程[11]計(jì)算非標(biāo)況下為1.23 V；Ecircuit, loss為外電路電阻消耗分壓(V)，計(jì)算時(shí)不考慮外電路電阻；Ec, loss為陰極反應(yīng)電化學(xué)極化消耗分壓(V)，可根據(jù)B-V方程計(jì)算得到；圖片為陰極產(chǎn)氫后覆蓋表面消耗分壓(V)，計(jì)算中忽略該部分對(duì)體系的影響；Eions為電解質(zhì)溶液離子傳導(dǎo)電流消耗分壓(V)，可根據(jù)水溶液電導(dǎo)率計(jì)算；圖片為陽(yáng)極產(chǎn)氧后覆蓋表面消耗分壓(V)，計(jì)算中忽略該部分對(duì)體系的影響；Ea, loss為示陰極反應(yīng)電化學(xué)極化消耗分壓(V)，可根據(jù)B-V方程計(jì)算得到。
則計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為式(4)。
將B-V方程[12]代入式(4)可得式(5)：
式中，T為溫度(K)，標(biāo)況下取值298.15 K；R為摩爾氣體常數(shù)，J/(mol·K)，理想氣體取值為8.314 J/(mol·K)；F為法拉第常數(shù)，C/mol，取值為96 500 C/mol；α為轉(zhuǎn)移系數(shù)，假設(shè)為0.55；n為反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子摩爾數(shù)，mol，取值1；i為反應(yīng)電流(A)，(i=zFv，z為化學(xué)計(jì)量常數(shù)2，v為產(chǎn)氫速率，mL/s)；io,c為陰極界面析氫反應(yīng)交換電流(A)，可根據(jù)文獻(xiàn)[13]調(diào)研得到；io,a為陽(yáng)極界面析氫反應(yīng)交換電流(A)，可根據(jù)文獻(xiàn)[14]調(diào)研得到；κ為電解質(zhì)電導(dǎo)率，s/cm；L為電解質(zhì)傳輸距離(正負(fù)極間距)，mm，視電芯結(jié)構(gòu)而定；S為電解質(zhì)傳輸面積(正負(fù)極面積)，mm2，視電芯結(jié)構(gòu)而定；整理得到式(6)。
2 儲(chǔ)能電柜水滅火產(chǎn)氫速率計(jì)算與關(guān)鍵影響因素分析
基于儲(chǔ)能電柜遇水產(chǎn)氫原理的分析及計(jì)算公式的推導(dǎo)，可發(fā)現(xiàn)氫氣產(chǎn)生的速率v受到外部電壓E、電解溫度T、電解質(zhì)電導(dǎo)率κ、電解質(zhì)傳輸距離L和電解質(zhì)傳輸面積S等因素綜合影響。為考慮儲(chǔ)能電柜熱失效在不同情況下處置的安全性，對(duì)產(chǎn)氫速率關(guān)鍵影響因素的分析必不可少。
2.1 電化學(xué)參數(shù)對(duì)產(chǎn)氫速率的影響分析
根據(jù)前文推出的計(jì)算公式(6)，產(chǎn)氫速度v與外部電壓E正相關(guān)，但對(duì)于電芯、電箱及電柜級(jí)別，在其對(duì)應(yīng)的電壓變化區(qū)間內(nèi)，產(chǎn)氫速率的變化情況可能不同，為得到準(zhǔn)確的變化曲線，分別調(diào)研了相關(guān)的電化學(xué)參數(shù)以及電解池參數(shù)，具體數(shù)值見(jiàn)表1。
表1 電化學(xué)參數(shù)以及電解池參數(shù)
以自來(lái)水(κ取8×10-4 S/cm)為例，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，T=298.15 K；R=8.314 J/(mol·K)；F為96 500 C/mol。
最大電化學(xué)參數(shù)邊界為：α為轉(zhuǎn)移系數(shù)假設(shè)為0.55，io, c=10-2 A/cm2；io, a=10-6 A/cm2；
均值電化學(xué)參數(shù)邊界為：α為轉(zhuǎn)移系數(shù)假設(shè)為0.50，io, c=10-5 A/cm2；io, a=10-8 A/cm2；
最小電化學(xué)參數(shù)邊界為：α為轉(zhuǎn)移系數(shù)假設(shè)為0.45，io, c=10-8 A/cm2；io, a=10-10 A/cm2。
對(duì)于電芯級(jí)別，L=123 mm，S=615.75 mm2，可得：
對(duì)于電箱級(jí)別，L=53 mm，S=50.24 mm2；可得：
對(duì)于電柜級(jí)別，L=64.03 mm，S=50.24 mm2；可得：
同理，電芯、電箱及電柜的均值邊界和最小邊界計(jì)算公式見(jiàn)表2。
表2 不同邊界下產(chǎn)氫速率計(jì)算公式
根據(jù)上述計(jì)算公式，可得到電芯、電箱及電柜在不同電化學(xué)邊界下產(chǎn)氫速率結(jié)果，如圖3(a)～(c)所示。
圖3 電壓與產(chǎn)氫速率關(guān)系曲線
通過(guò)上述曲線圖可見(jiàn)，以自來(lái)水作為電解質(zhì)為例，電化學(xué)參數(shù)取最大邊界與最小邊界所得出的產(chǎn)氫速率在電芯級(jí)別分別為1.6×10-4和1.0×10-4 mL/s，相差6×10-5 mL/s；電箱及電柜級(jí)別曲線基本重合。由此可知，電化學(xué)參數(shù)的改變對(duì)電壓與產(chǎn)氫速率的影響很小，幾乎不影響計(jì)算結(jié)果量級(jí)；理論計(jì)算中，電解質(zhì)電導(dǎo)率可能對(duì)產(chǎn)氫速率的結(jié)果影響很大，占據(jù)主導(dǎo)作用?；诖耍乱徊綄⑻骄坎煌|(zhì)電導(dǎo)率對(duì)產(chǎn)氫速率的影響。
2.2 水質(zhì)對(duì)產(chǎn)氫速率的影響分析
水質(zhì)對(duì)于產(chǎn)氫速率的影響主要通過(guò)其電導(dǎo)率實(shí)現(xiàn)，不同水質(zhì)下其電導(dǎo)率存在較大差別。為此，本工作統(tǒng)計(jì)了自來(lái)水、海水及工業(yè)堿性電解池電解質(zhì)溶液的相關(guān)參數(shù)。首先探究不同水質(zhì)中電解質(zhì)成分濃度的界定。相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。
表3 不同水質(zhì)電導(dǎo)率取值
計(jì)算過(guò)程同2.1節(jié)，可得到不同水質(zhì)下電芯、電箱及電柜在不同電化學(xué)邊界下產(chǎn)氫速率的計(jì)算公式。自來(lái)水的計(jì)算結(jié)果在2.1節(jié)中已有展示，表4是水質(zhì)為海水情況下所得出的電芯、電箱及電柜在不同邊界下的計(jì)算公式。
表4 海水在不同電化學(xué)邊界下產(chǎn)氫速率計(jì)算公式
根據(jù)上述計(jì)算公式，可得到電解液為海水時(shí)，電芯、電箱及電柜在不同邊界下產(chǎn)氫速率的結(jié)果，如圖4(a)～(c)所示。
圖4 海水在不同邊界下電壓與產(chǎn)氫速率曲線
當(dāng)水質(zhì)為工業(yè)堿性電解池電解質(zhì)溶液(30% KOH水溶液)時(shí)，電芯、電箱及電柜在不同邊界下的產(chǎn)氫速率公式見(jiàn)表5。
表5 30% KOH水溶液在不同電化學(xué)邊界下產(chǎn)氫速率計(jì)算公式
30% KOH水溶液在不同邊界下的產(chǎn)氫速率結(jié)果如圖5(a)～(c)所示。
圖5 30%KOH水溶液在不同邊界產(chǎn)氫速率結(jié)果
根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)水質(zhì)電導(dǎo)率在電解產(chǎn)氫速率的影響因素中占主導(dǎo)作用。但是理論計(jì)算中仍然有制約現(xiàn)實(shí)情況的地方：①忽略了實(shí)際電箱電柜中非絕緣保護(hù)對(duì)產(chǎn)氫速率的影響；②忽略了實(shí)際溫度對(duì)產(chǎn)氫速率的影響。
由此，2.3節(jié)和2.4節(jié)對(duì)以上兩點(diǎn)進(jìn)行逐一修正探索，使能與實(shí)際值更貼合，保證計(jì)算結(jié)果的有效性。由于不同水質(zhì)不同電化學(xué)邊界情況下產(chǎn)氫速率都不一樣，并且電化學(xué)參數(shù)的改變對(duì)大電壓情況下計(jì)算結(jié)果影響并不顯著。由此，下文通過(guò)不同水質(zhì)來(lái)對(duì)產(chǎn)氫速率進(jìn)行邊界限定，電化學(xué)參數(shù)都取最大邊界值。
2.3 絕緣保護(hù)對(duì)產(chǎn)氫速率的影響分析
前文皆是基于電柜電箱內(nèi)部仍然受外殼絕緣保護(hù)的情況下的計(jì)算結(jié)果。然而實(shí)際情況中，電柜電箱中的外部結(jié)構(gòu)可能會(huì)被破壞，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)則會(huì)被水浸沒(méi)。此時(shí)電壓與產(chǎn)氫速率的關(guān)系又需要重新考慮，在實(shí)際中通常有兩種情況，一是電柜外殼被破壞，但電箱外殼絕緣保護(hù)，此時(shí)電柜中的電箱被水完全浸沒(méi)，而單電芯沒(méi)有。即電解電壓轉(zhuǎn)化為電柜內(nèi)部所有電箱串聯(lián)電壓之和；二是電柜外殼被破壞，且電箱外殼也被破壞，此時(shí)電柜電箱中的單電芯都被水完全浸沒(méi)。即電解電壓轉(zhuǎn)化為電柜內(nèi)部所有電芯串聯(lián)電壓之和。
根據(jù)產(chǎn)品1P52S液冷平臺(tái)而言：電箱內(nèi)部由52個(gè)單電芯串聯(lián)；電柜內(nèi)部由8個(gè)電箱串聯(lián)。電箱內(nèi)部完全浸沒(méi)時(shí)，整個(gè)電柜由416個(gè)單電芯串聯(lián)。圖6為絕緣破壞下的電柜內(nèi)部等效電路。
圖6 絕緣破壞下的電柜內(nèi)部等效電路
由此可得到儲(chǔ)能電柜在絕緣破壞的情況下外部電壓(電解電壓)范圍為1164.8～1497.6 V，根據(jù)前文的公式推導(dǎo)，即可得到不同水質(zhì)在不同絕緣破壞程度下的產(chǎn)氫速率計(jì)算公式。詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表6、表7。
表6 不同水質(zhì)在不同絕緣破壞程度下的產(chǎn)氫速率計(jì)算公式
表7 不同水質(zhì)在不同絕緣破壞程度下產(chǎn)氫速率值
從上述的計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，非絕緣保護(hù)下對(duì)產(chǎn)氫速率的影響是巨大的。
（1）電柜破壞，電箱保護(hù)情況下
此時(shí)，整個(gè)儲(chǔ)能電柜體系相當(dāng)于電柜內(nèi)部8個(gè)串聯(lián)的電箱同時(shí)放電電解水。結(jié)果顯示：此時(shí)的產(chǎn)氫速率相較電柜外部絕緣保護(hù)的產(chǎn)氫速率而言，其結(jié)果為后者的1.2倍左右。
（2）電柜破壞，電箱破壞情況下
此時(shí)，整個(gè)儲(chǔ)能電柜體系相當(dāng)于電柜電箱內(nèi)部416個(gè)串聯(lián)的單電芯同時(shí)放電電解水。結(jié)果顯示：此時(shí)的產(chǎn)氫速率相較電柜外部絕緣保護(hù)的產(chǎn)氫速率而言，其結(jié)果提升為后者的4倍左右。
2.4 溫度對(duì)產(chǎn)氫速率的影響分析
非室溫情況下，產(chǎn)氫速率會(huì)隨著溫度的升高而增大，計(jì)算公式符合Arrhenius公式：
式中，Ea為活化能，kJ/mol，取值35.6；T1、T2為熱力學(xué)溫度，K；R為摩爾氣體常數(shù)；v1、v2為相應(yīng)溫度下的反應(yīng)速率，mL/s。
假設(shè)活化能不改變的條件下，可以得到：
60 ℃情況下，產(chǎn)氫速率的計(jì)算如式(11)所示：
90 ℃情況下，產(chǎn)氫速率的計(jì)算如式(12)所示：
由此，可得到不同溫度、不同水質(zhì)、不同絕緣破壞情況下的產(chǎn)氫速率值，見(jiàn)表8。
表8 不同溫度、不同水質(zhì)、不同絕緣破壞情況下的產(chǎn)氫速率值
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，溫度對(duì)產(chǎn)氫速率的影響很大：60 ℃下，產(chǎn)氫速率的大小大概是25 ℃下的4倍；90 ℃下，產(chǎn)氫速率的大小大概是25 ℃下的13倍。
在綜合考慮溫度及絕緣破壞的情況下，相較在25 ℃絕緣保護(hù)情況下(任何水質(zhì)情況下)的產(chǎn)氫速率而言：60 ℃，電柜破壞、電箱保護(hù)下產(chǎn)氫速率大概是其4.8倍；60 ℃，電柜破壞、電箱破壞下產(chǎn)氫速率大概是其16倍；90 ℃，電柜破壞、電箱保護(hù)下產(chǎn)氫速率大概是其15.6倍；90 ℃，電柜破壞、電箱破壞下產(chǎn)氫速率大概是其52倍。
3 儲(chǔ)能電柜水滅火產(chǎn)氫濃度計(jì)算與安全性分析
前文已對(duì)多種情況下的電解產(chǎn)氫速率進(jìn)行了較為精確的計(jì)算，得出了相應(yīng)的理論產(chǎn)氫速率值。但是在一定空間內(nèi)，僅僅通過(guò)氫氣的產(chǎn)生速率并不能有效評(píng)估該氣氛環(huán)境的安全性。為準(zhǔn)確評(píng)估空間內(nèi)氣體燃爆的可能性，通常以氣體濃度作為討論的指標(biāo)。為此，得出自由空間內(nèi)氫氣的濃度十分必要。
儲(chǔ)能電柜的載體一般為儲(chǔ)能集裝箱，以市場(chǎng)上主流的兩種儲(chǔ)能集裝箱為例，20呎(1呎=0.3048米)儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)除去設(shè)施后空余體積為8.9 m3，儲(chǔ)能電柜數(shù)量為3；40呎儲(chǔ)能集裝箱除去設(shè)施后空余體積為32.7 m3，儲(chǔ)能電柜數(shù)量為12。
根據(jù)自由空間的體積，按照極端條件(Emax=1497.6 V；T=90 ℃；內(nèi)部通風(fēng)失效，無(wú)通風(fēng)；內(nèi)部所有儲(chǔ)能電柜浸水，電柜及電箱絕緣保護(hù)均被破壞)計(jì)算出持續(xù)滅火1、2、3 h情況下的氫氣產(chǎn)出情況，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表9。
表9 極端條件下20呎儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)部氫氣濃度情況
40呎儲(chǔ)能集裝箱除去設(shè)施后空余體積為32.7 m3，儲(chǔ)能電柜數(shù)量為12。同理可以得出極端條件下(Emax=1497.6 V；T=90 ℃；內(nèi)部通風(fēng)失效，無(wú)通風(fēng)；內(nèi)部所有儲(chǔ)能電柜浸水，電柜及電箱絕緣保護(hù)均被破壞)持續(xù)滅火1、2、3 h情況下40呎儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)氫氣產(chǎn)出情況，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表10。
表10 極端條件下40呎儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)部氫氣濃度情況
根據(jù)以上理論計(jì)算結(jié)果可得到：
（1）極端條件下，在20呎、40呎集裝箱內(nèi)，自來(lái)水水質(zhì)滅火在1、2、3 h持續(xù)產(chǎn)氫情況下，產(chǎn)生的氫氣濃度均小于爆炸下限(4%)，具備滅火可行性。
（2）極端條件下，在20呎、40呎集裝箱內(nèi)，海水水質(zhì)滅火在1、2、3 h持續(xù)產(chǎn)氫情況下。處于電柜絕緣保護(hù)狀態(tài)和電柜破壞、電箱保護(hù)情況下，產(chǎn)生的氫氣濃度均小于爆炸下限(4%)，具備滅火可行性；處于電柜破壞、電箱破壞情況下，產(chǎn)生的氫氣濃度出現(xiàn)大于爆炸下限(4%)的情況。
（3）極端條件下，在20呎、40呎集裝箱內(nèi)，工業(yè)堿水水質(zhì)滅火在1、2、3 h持續(xù)產(chǎn)氫情況下，產(chǎn)生的氫氣濃度，均大于爆炸下限(4%)，安全風(fēng)險(xiǎn)極大，不建議作為滅火水質(zhì)考慮。
4 結(jié)果與討論
本工作針對(duì)水在處置儲(chǔ)能電柜熱失控時(shí)產(chǎn)氫而帶來(lái)的安全性問(wèn)題，詳細(xì)分析了儲(chǔ)能電柜電解產(chǎn)氫原理。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上結(jié)合市場(chǎng)的實(shí)際情況，計(jì)算了不同邊界下儲(chǔ)能電柜電解產(chǎn)氫速率及氫氣濃度。總體有以下結(jié)論或建議：
（1）產(chǎn)氫速率關(guān)鍵影響因素分析。通過(guò)對(duì)產(chǎn)氫速率關(guān)鍵影響因素的分析發(fā)現(xiàn)：儲(chǔ)能電柜電解產(chǎn)氫速率受多種因素影響。其中，電化學(xué)系數(shù)對(duì)電壓與產(chǎn)氫速率的影響很小，幾乎可以忽略不計(jì)；而水質(zhì)電導(dǎo)率、電柜絕緣保護(hù)、電解溫度對(duì)產(chǎn)氫速率影響較大，是產(chǎn)氫速率計(jì)算不可忽視的關(guān)鍵因素。
（2）儲(chǔ)能電柜水滅火產(chǎn)氫濃度及安全性。從產(chǎn)氫濃度的計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)：當(dāng)使用自來(lái)水水質(zhì)滅火時(shí)，即使溫度和絕緣保護(hù)都處于最極端條件下，其氫氣濃度也小于爆炸下限(4%)，具備滅火可行性；使用海水水質(zhì)滅火時(shí)，處于電柜絕緣保護(hù)狀態(tài)和電柜破壞，電箱保護(hù)情況下，產(chǎn)生的氫氣濃度均小于爆炸下限(4%)，具備滅火可行性；只有處于電柜、電箱絕緣都破壞情況下，產(chǎn)生的氫氣濃度才大于爆炸下限(4%)。使用工業(yè)堿水水質(zhì)滅火時(shí)，產(chǎn)生的氫氣濃度均大于爆炸下限(4%)，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，不建議作為滅火水質(zhì)考慮。
