Varnost litijevih baterij je v industriji vedno skrbela. Zaradi posebne strukture materiala in zapletenega delovnega okolja bo požarna nesreča povzročila poškodbe opreme, materialno škodo in celo žrtve. Ko pride do požara litijeve baterije, je odstranjevanje težko, traja dolgo in pogosto vključuje nastajanje velike količine strupenih plinov. Zato lahko pravočasno gašenje učinkovito nadzoruje širjenje požara, prepreči obsežno gorenje in zagotovi več časa za pobeg osebja.

Med postopkom toplotnega odvajanja litij-ionskih baterij pogosto pride do dima, požara in celo eksplozije. Zato je obvladovanje problema toplotnega uhajanja in difuzije postalo glavni izziv, s katerim se srečujejo izdelki litijeve baterije v procesu uporabe. Z izbiro pravilne tehnologije gašenja lahko preprečimo nadaljnje širjenje toplotnega uhajanja baterije, kar je zelo pomembno za zatiranje nastanka požara.

Ta članek bo predstavil glavne gasilne aparate in mehanizme za gašenje, ki so trenutno na voljo na trgu, ter analiziral prednosti in slabosti različnih vrst gasilnih aparatov.

Vrste gasilnih aparatov

Trenutno so gasilni aparati na trgu v glavnem razdeljeni na plinske gasilne aparate, gasilne aparate na vodni osnovi, aerosolne gasilne aparate in gasilne aparate s suhim prahom. Spodaj je uvod v kode in značilnosti vsake vrste gasilnega aparata.

perfluoroheksan: Perfluoroheksan je bil uvrščen v popis PFAS OECD in US EPA. Zato mora biti uporaba perfluoroheksana kot sredstva za gašenje požara v skladu z lokalnimi zakoni in predpisi ter komunicirati z okoljskimi regulativnimi agencijami. Ker so produkti perfluoroheksana pri termični razgradnji toplogredni plini, ni primeren za dolgotrajno dolgotrajno dolgotrajno škropljenje z velikimi odmerki. Priporočljivo ga je uporabljati v kombinaciji s sistemom za pršenje vode.

trifluorometan:Sredstva za trifluorometan proizvaja le nekaj proizvajalcev in ni posebnih nacionalnih standardov, ki bi urejali to vrsto gasilnega sredstva. Stroški vzdrževanja so visoki, zato uporaba ni priporočljiva.

Heksafluoropropan:To gasilno sredstvo lahko med uporabo poškoduje naprave ali opremo, njegov potencial globalnega segrevanja (GWP) pa je relativno visok. Zato se lahko heksafluoropropan uporablja samo kot prehodno gasilno sredstvo.

heptafluoropropan:Zaradi učinka tople grede ga različne države postopoma omejujejo in se bo soočil z odpravo. Trenutno so heptafluoropropanska sredstva opuščena, kar bo povzročilo težave pri ponovnem polnjenju obstoječih heptafluoropropanskih sistemov med vzdrževanjem. Zato njegova uporaba ni priporočljiva.

Inertni plin:Vključno z IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, med katerimi je IG 541 bolj razširjen in mednarodno priznan kot zeleno in okolju prijazno gasilno sredstvo. Vendar pa ima slabosti visoke stroške gradnje, veliko povpraševanje po plinskih jeklenkah in veliko zasedenost prostora.

Sredstvo na vodni osnovi:Široko se uporabljajo gasilni aparati s fino vodno meglo, ki imajo najboljši hladilni učinek. To je predvsem zato, ker ima voda veliko specifično toplotno kapaciteto, ki lahko hitro absorbira veliko količino toplote, ohladi neizreagirane aktivne snovi v bateriji in tako zavira nadaljnji dvig temperature. Vendar pa voda povzroči znatno škodo baterijam in ni izolirna, kar vodi do kratkega stika baterije.

Aerosol:Zaradi prijaznosti do okolja, netoksičnosti, nizkih stroškov in enostavnega vzdrževanja je aerosol postal glavno sredstvo za gašenje požara. Vendar pa mora biti izbrani aerosol v skladu s predpisi ZN ter lokalnimi zakoni in predpisi, zahteva pa se tudi lokalni nacionalni certifikat za izdelek. Vendar pa aerosoli nimajo hladilnih sposobnosti in med njihovo uporabo ostaja temperatura baterije razmeroma visoka. Ko se gasilno sredstvo preneha sproščati, je baterija nagnjena k ponovnemu vžigu.

Učinkovitost gasilnih sredstev

Državni ključni laboratorij za znanost o požaru na Univerzi za znanost in tehnologijo Kitajske je izvedel študijo, v kateri je primerjal učinke gašenja požara ABC suhega prahu, heptafluoropropana, vode, perfluoroheksana in CO2 gasilnih sredstev na litij-ionsko baterijo 38 A.

Primerjava postopka gašenja požara

Suhi prah ABC, heptafluoropropan, voda in perfluoroheksan lahko hitro pogasijo požare baterij brez ponovnega vžiga. Vendar pa gasilni aparati na CO2 ne morejo učinkovito pogasiti požara baterije in lahko povzročijo ponoven vžig.

Primerjava rezultatov gašenja požara

Po termičnem pobegu lahko obnašanje litijevih baterij pod delovanjem gasilnih sredstev v grobem razdelimo na tri stopnje: stopnjo ohlajanja, stopnjo hitrega dviga temperature in stopnjo počasnega upadanja temperature.

Prva stopnjaje stopnja hlajenja, kjer se temperatura površine akumulatorja zniža po sprostitvi gasilnega sredstva. To je predvsem posledica dveh razlogov:

• Odzračevanje akumulatorja: Pred toplotnim pobegom litij-ionskih akumulatorjev se v akumulatorju nabere velika količina alkanov in plina CO2. Ko baterija doseže mejo tlaka, se varnostni ventil odpre in sprosti visokotlačni plin. Ta plin iznaša aktivne snovi v baterijo, obenem pa zagotavlja nekaj hladilnega učinka na baterijo.
• Učinek gasilnega sredstva: Hladilni učinek gasilnega sredstva v glavnem izhaja iz dveh delov: absorpcije toplote med fazno spremembo in učinka kemične izolacije. Absorpcija toplote s spremembo faze neposredno odstrani toploto, ki jo proizvaja baterija, medtem ko učinek kemične izolacije posredno zmanjša proizvodnjo toplote s prekinitvijo kemičnih reakcij. Voda ima najpomembnejši hladilni učinek zaradi svoje visoke specifične toplotne kapacitete, ki ji omogoča, da hitro absorbira veliko količino toplote. Sledi perfluoroheksan, medtem ko HFC-227ea, CO2 in suhi prah ABC ne kažejo pomembnih hladilnih učinkov, kar je povezano z naravo in mehanizmom gasilnih sredstev.

Druga stopnja je stopnja hitrega dviga temperature, kjer temperatura akumulatorja hitro naraste od najnižje vrednosti do najvišje vrednosti. Ker sredstva za gašenje požara ne morejo popolnoma zaustaviti reakcije razgradnje v bateriji in ima večina gasilnih sredstev slabe hladilne učinke, kaže temperatura baterije skoraj navpični trend naraščanja za različna sredstva za gašenje požara. V kratkem času se temperatura baterije dvigne do najvišje vrednosti.

V tej fazi obstaja velika razlika v učinkovitosti različnih gasilnih sredstev pri zaviranju dviga temperature akumulatorja. Učinkovitost v padajočem vrstnem redu je voda > perfluoroheksan > HFC-227ea > ABC suhi prah > CO2. Ko se temperatura akumulatorja počasi dviguje, zagotavlja daljši odzivni čas za opozorilo o požaru akumulatorja in daljši reakcijski čas za operaterje.

Zaključek

1. CO2: Sredstva za gašenje požara, kot je CO2, ki delujejo predvsem z zadušitvijo in izolacijo, imajo slabe zaviralne učinke na požare akumulatorjev. V tej študiji je pri CO2 prišlo do hudih pojavov ponovnega vžiga, zaradi česar ni primeren za požare litijevih baterij.
2. ABC Dry Powder / HFC-227ea: ABC suhi prah in HFC-227ea sredstva za gašenje požara, ki delujejo predvsem z izolacijo in kemično zatiranjem, lahko do določene mere zavirajo verižne reakcije v bateriji. Imajo nekoliko boljši učinek kot CO2, a ker nimajo hladilnih učinkov in ne morejo popolnoma blokirati notranjih reakcij v akumulatorju, temperatura akumulatorja po izpustu gasilnega sredstva vseeno hitro naraste.
3. Perfluoroheksan: Perfluoroheksan ne le blokira notranje reakcije baterije, ampak tudi absorbira toploto z izhlapevanjem. Zato je njegov zaviralni učinek na baterijske požare bistveno boljši od drugih gasilnih sredstev.
4. Voda: Med vsemi sredstvi za gašenje požara ima voda najbolj očiten gasilni učinek. To je predvsem zato, ker ima voda veliko specifično toplotno kapaciteto, kar ji omogoča, da hitro absorbira veliko količino toplote. To ohladi nereagirane aktivne snovi v bateriji in s tem prepreči nadaljnji dvig temperature. Voda pa močno poškoduje baterije in nima izolacijskega učinka, zato je pri njeni uporabi zelo previdno.

Kaj naj izberemo?

Pregledali smo protipožarne sisteme, ki jih uporablja več proizvajalcev sistemov za shranjevanje energije, ki so trenutno na trgu, predvsem pa uporabljajo naslednje rešitve za gašenje:

• Perfluoroheksan + voda
• Aerosol + voda

Vidi se, dasinergistična sredstva za gašenje požara so glavni trend za proizvajalce litijevih baterij. Če za primer vzamemo perfluoroheksan + vodo, lahko perfluoroheksan hitro pogasi odprti ogenj in olajša stik fine vodne meglice z baterijo, medtem ko jo lahko fina vodna meglica učinkovito ohladi. Kooperativno delovanje ima boljše učinke gašenja in hlajenja v primerjavi z uporabo enega samega gasilnega sredstva. Trenutno nova uredba EU o baterijah zahteva, da oznake prihodnjih baterij vključujejo razpoložljiva sredstva za gašenje požara. Proizvajalci morajo izbrati tudi ustrezno gasilno sredstvo glede na svoje izdelke, lokalne predpise in učinkovitost.