Bezpečnosť lítiových batérií bola v priemysle vždy problémom. Vzhľadom na ich špeciálnu štruktúru materiálu a zložité prevádzkové prostredie, keď dôjde k požiaru, spôsobí poškodenie zariadenia, stratu majetku a dokonca aj obete. Po požiari lítiovej batérie je likvidácia zložitá, trvá dlho a často zahŕňa tvorbu veľkého množstva toxických plynov. Preto včasné hasenie môže účinne kontrolovať šírenie požiaru, vyhnúť sa rozsiahlemu horeniu a poskytnúť personálu viac času na únik.

Počas procesu tepelného úniku lítium-iónových batérií často dochádza k dymu, požiaru a dokonca k výbuchu. Preto sa kontrola problému tepelného úniku a difúzie stala hlavnou výzvou, ktorej čelia produkty lítiových batérií v procese používania. Voľba správnej hasiacej techniky môže zabrániť ďalšiemu šíreniu tepelného úniku batérie, čo má veľký význam pre potlačenie vzniku požiaru.

Tento článok predstaví bežné hasiace prístroje a hasiace mechanizmy v súčasnosti dostupné na trhu a analyzuje výhody a nevýhody rôznych typov hasiacich prístrojov.

Typy hasiacich prístrojov

V súčasnosti sa hasiace prístroje na trhu delia najmä na plynové hasiace prístroje, vodné hasiace prístroje, aerosólové hasiace prístroje a práškové hasiace prístroje. Nižšie je uvedený úvod ku kódom a charakteristikám každého typu hasiaceho prístroja.

Perfluórhexán: Perfluórhexán je uvedený v zozname PFAS OECD a US EPA. Preto by používanie perfluórhexánu ako hasiacej látky malo byť v súlade s miestnymi zákonmi a predpismi a malo by byť v súlade s environmentálnymi regulačnými agentúrami. Pretože produkty perfluórhexánu pri tepelnom rozklade sú skleníkové plyny, nie je vhodný na dlhodobé kontinuálne rozprašovanie vo veľkých dávkach. Odporúča sa používať v kombinácii so systémom rozprašovania vody.

Trifluórmetán:Trifluórmetánové činidlá vyrába len niekoľko výrobcov a neexistujú žiadne špecifické národné normy upravujúce tento typ hasiacich látok. Náklady na údržbu sú vysoké, preto sa jeho používanie neodporúča.

Hexafluórpropán:Toto hasiace činidlo je náchylné na poškodenie zariadení alebo zariadení počas používania a jeho potenciál globálneho otepľovania (GWP) je relatívne vysoký. Hexafluórpropán je preto možné použiť len ako prechodný hasiaci prostriedok.

Heptafluórpropán:Kvôli skleníkovému efektu je postupne obmedzovaný rôznymi krajinami a bude čeliť eliminácii. V súčasnosti boli heptafluórpropánové činidlá prerušené, čo povedie k problémom pri dopĺňaní existujúcich heptafluórpropánových systémov počas údržby. Preto sa jeho použitie neodporúča.

Inertný plyn:Vrátane IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, medzi ktorými je IG 541 viac používaný a je medzinárodne uznávaný ako ekologický a ekologický hasiaci prostriedok. Má však nevýhody vysokých stavebných nákladov, vysokého dopytu po plynových fľašiach a veľkého priestoru.

Činidlo na vodnej báze:Jemné hasiace prístroje s vodnou hmlou sú široko používané a majú najlepší chladiaci účinok. Je to hlavne preto, že voda má veľkú mernú tepelnú kapacitu, ktorá dokáže rýchlo absorbovať veľké množstvo tepla, ochladzuje nezreagované aktívne látky vo vnútri batérie a tým bráni ďalšiemu zvyšovaniu teploty. Voda však spôsobuje značné škody na batériách a nie je izolačná, čo vedie ku skratu batérie.

Aerosól:Aerosól sa vďaka svojej šetrnosti k životnému prostrediu, netoxicite, nízkym nákladom a ľahkej údržbe stal hlavným hasiacim prostriedkom. Vybraný aerosól by však mal byť v súlade s nariadeniami OSN a miestnymi zákonmi a nariadeniami a vyžaduje sa lokálna národná certifikácia produktu. Aerosólom však chýbajú chladiace schopnosti a pri ich aplikácii zostáva teplota batérie pomerne vysoká. Keď sa hasiaca látka prestane uvoľňovať, batéria je náchylná na opätovné zapálenie.

Účinnosť hasiacich prostriedkov

Štátne kľúčové laboratórium požiarnej vedy na Univerzite vedy a technológie v Číne vykonalo štúdiu porovnávajúcu hasiace účinky suchého prášku ABC, heptafluórpropánu, vody, perfluórhexánu a CO2 na lítium-iónovú batériu 38A.

Porovnanie procesu hasenia požiaru

Suchý prášok ABC, heptafluórpropán, voda a perfluórhexán môžu rýchlo uhasiť požiar batérie bez opätovného vznietenia. Hasiace prístroje CO2 však nedokážu účinne uhasiť požiar batérie a môžu spôsobiť opätovné vznietenie.

Porovnanie výsledkov hasenia požiarov

Po tepelnom úniku možno správanie lítiových batérií pri pôsobení hasiacich prostriedkov rozdeliť zhruba do troch štádií: štádium chladenia, štádium rýchleho nárastu teploty a štádium pomalého poklesu teploty.

Prvá etapaje stupeň ochladzovania, kedy po uvoľnení hasiacej látky klesá teplota povrchu batérie. Je to spôsobené najmä dvoma dôvodmi:

• Odvzdušnenie batérie: Pred tepelným únikom lítium-iónových batérií sa vo vnútri batérie nahromadí veľké množstvo alkánov a CO2. Keď batéria dosiahne svoj limit tlaku, otvorí sa poistný ventil a uvoľní sa plyn pod vysokým tlakom. Tento plyn prenáša aktívne látky do batérie a zároveň poskytuje batérii určitý chladiaci efekt.
• Účinok hasiaceho prostriedku: Chladiaci účinok hasiaceho prostriedku pochádza hlavne z dvoch častí: absorpcia tepla počas zmeny fázy a účinok chemickej izolácie. Absorpcia tepla s fázovou zmenou priamo odstraňuje teplo generované batériou, zatiaľ čo efekt chemickej izolácie nepriamo znižuje tvorbu tepla prerušením chemických reakcií. Voda má najvýznamnejší chladiaci účinok vďaka svojej vysokej mernej tepelnej kapacite, ktorá jej umožňuje rýchlo absorbovať veľké množstvo tepla. Nasleduje perfluórhexán, zatiaľ čo suchý prášok HFC-227ea, CO2 a ABC nevykazujú výrazné chladiace účinky, čo súvisí s povahou a mechanizmom hasiacich prostriedkov.

Druhá etapa je fáza rýchleho nárastu teploty, kde teplota batérie rýchlo stúpa z minimálnej hodnoty na jej vrchol. Keďže hasiace prostriedky nedokážu úplne zastaviť rozkladnú reakciu vo vnútri batérie a väčšina hasiacich prostriedkov má slabé chladiace účinky, teplota batérie vykazuje takmer vertikálne stúpajúci trend pre rôzne hasiace prostriedky. V krátkom čase sa teplota batérie zvýši na maximum.

V tejto fáze existuje významný rozdiel v účinnosti rôznych hasiacich prostriedkov pri brzdení nárastu teploty batérie. Účinnosť v zostupnom poradí je voda > perfluórhexán > HFC-227ea > suchý prášok ABC > CO2. Keď teplota batérie stúpa pomaly, poskytuje dlhší čas odozvy na varovanie pred požiarom batérie a dlhší reakčný čas pre operátorov.

Záver

1. CO2: Hasiace prostriedky ako CO2, ktoré primárne pôsobia dusením a izoláciou, majú slabé inhibičné účinky na požiare batérie. V tejto štúdii došlo pri CO2 k závažným javom opätovného vznietenia, čo ho robí nevhodným pre požiare lítiových batérií.
2. Suchý prášok ABC / HFC-227ea: Hasiace prostriedky ABC suchý prášok a HFC-227ea, ktoré primárne pôsobia prostredníctvom izolácie a chemického potlačenia, môžu do určitej miery čiastočne inhibovať reťazové reakcie vo vnútri batérie. Majú o niečo lepší účinok ako CO2, ale keďže im chýbajú chladiace účinky a nedokážu úplne zablokovať vnútorné reakcie v batérii, teplota batérie po vypustení hasiacej látky stále rýchlo stúpa.
3. Perfluórhexán: Perfluórhexán nielen blokuje vnútorné reakcie batérie, ale tiež absorbuje teplo odparovaním. Preto je jeho inhibičný účinok na požiare batérie výrazne lepší ako u iných hasiacich prostriedkov.
4. Voda: Spomedzi všetkých hasiacich prostriedkov má voda najzreteľnejší hasiaci účinok. Je to hlavne preto, že voda má veľkú mernú tepelnú kapacitu, čo jej umožňuje rýchlo absorbovať veľké množstvo tepla. Tým sa ochladia nezreagované aktívne látky vo vnútri batérie, čím sa zabráni ďalšiemu zvyšovaniu teploty. Voda však spôsobuje značné škody na batériách a nemá žiadny izolačný účinok, takže jej používanie by malo byť mimoriadne opatrné.

Čo by sme si mali vybrať?

Skúmali sme protipožiarne systémy používané niekoľkými výrobcami systémov na ukladanie energie, ktorí sú v súčasnosti na trhu, a to predovšetkým s použitím nasledujúcich hasiacich riešení:

• Perfluórhexán + voda
• Aerosól + voda

Je to vidieťsynergické hasiace prostriedky sú hlavným trendom výrobcov lítiových batérií. Ak vezmeme ako príklad perfluórhexán + voda, perfluórhexán dokáže rýchlo uhasiť otvorený oheň, čím uľahčuje kontakt jemnej vodnej hmly s batériou, zatiaľ čo jemná vodná hmla ju môže účinne ochladiť. Kooperatívna prevádzka má lepšie hasiace a chladiace účinky v porovnaní s použitím jednej hasiacej látky. V súčasnosti nariadenie EÚ o nových batériách vyžaduje, aby štítky na budúcich batériách obsahovali dostupné hasiace prostriedky. Výrobcovia si tiež musia vybrať vhodný hasiaci prostriedok na základe svojich produktov, miestnych predpisov a účinnosti.