Pożar akumulatora litowo-jonowego: przyczyny, charakterystyka i strategie gaszenia!

1. Przyczyny pożaru akumulatora
Pożar akumulatora jest wynikiem kompleksowego działania utleniacza, materiałów palnych i źródła zapłonu. Dlatego mechanizm niekontrolowanego wzrostu temperatury akumulatora można uprościć do postaci „trójkąta niekontrolowanego wzrostu temperatury”. Proces spalania można przerwać poprzez zniszczenie dowolnego elementu „trójkąta niekontrolowanego wzrostu temperatury”. Dlatego dogłębne zrozumienie „trójkąta niekontrolowanego wzrostu temperatury” może pomóc nam w skutecznym gaszeniu pożarów akumulatorów.

W przypadku nadużyć termicznych, elektrycznych lub mechanicznych, może dojść do nienormalnego wzrostu temperatury wewnątrz akumulatora sodowo-jonowego, a materiały wewnątrz akumulatora ulegają serii reakcji egzotermicznych, co dodatkowo podnosi temperaturę i szybkość reakcji akumulatora, a ostatecznie powoduje niekontrolowany wzrost temperatury. Rodzaje materiałów palnych w procesie niekontrolowanego wzrostu temperatury w akumulatorach są złożone i różnorodne, w tym grafitowa elektroda ujemna (palny materiał stały), rozpuszczalnik elektrolitu (palna ciecz), wodór i gazy węglowodorowe (palny gaz) oraz metale (palny metal). Co więcej, skład materiałów palnych zmienia się nieustannie w procesie niekontrolowanego wzrostu temperatury. Co więcej, niekontrolowany wzrost temperatury akumulatora nie zależy wyłącznie od dostępności tlenu w środowisku, a rozkład materiału elektrody dodatniej w wysokiej temperaturze może również uwolnić niezbędny tlen. Dlatego pożar akumulatora jest złożonym i zmiennym zjawiskiem.

2. Charakterystyka pożaru baterii
W porównaniu z tradycyjnym ogniem, niekontrolowany pożar termiczny baterii ma swoją własną unikalną cechę, którą można podsumować następująco:

(1) Wysoki wzrost temperatury. Akumulator spontanicznie reaguje egzotermicznie w warunkach nadmiernego obciążenia. Po uruchomieniu niekontrolowanego wzrostu temperatury, wewnętrzna reakcja egzotermiczna akumulatora jest silna i w krótkim czasie wytwarzana jest duża ilość ciepła, co powoduje gwałtowny wzrost temperatury akumulatora. W procesie niekontrolowanego wzrostu temperatury, maksymalna szybkość wzrostu temperatury akumulatora przekracza nawet 100℃/s, a temperatura powierzchni przekracza 1000℃. Tak wysoka temperatura znacznie przekracza temperaturę zapłonu innych materiałów palnych wewnątrz i na zewnątrz modułu akumulatora, co łatwo prowadzi do poważnych pożarów.

(2) towarzyszy intensywny ogień odrzutowy i wysoka szybkość uwalniania ciepła. Wraz ze wzrostem temperatury reakcja chemiczna wewnątrz akumulatora nasila się i uwalnia dużą ilość gazu, który gromadzi się w akumulatorze, powodując stopniowy wzrost ciśnienia wewnętrznego. Po osiągnięciu określonego progu zawór bezpieczeństwa akumulatora pęka, wyrzucając dużą ilość łatwopalnych gazów, elektrolitów i cząstek materiału, co powoduje gwałtowny pożar, a wysokość płomienia może sięgać nawet 1–2 m.

(3) Ogień rozprzestrzenia się szybko. Gdy jeden z modułów baterii ulegnie awarii i spowoduje niekontrolowany wzrost temperatury, gęsta struktura może szybko przekazać ciepło do sąsiedniego akumulatora, co prowadzi do rozprzestrzeniania się niekontrolowanego wzrostu temperatury w module baterii, co może mieć katastrofalne skutki.

(4) Pożar jest trudny do ugaszenia, a ogień łatwo się wznieca. W procesie niekontrolowanego wzrostu temperatury większość reakcji egzotermicznych zachodzi wewnątrz akumulatora. Z powodu niedrożności obudowy, środek gaśniczy ma trudności z przedostaniem się do wnętrza akumulatora i zablokowaniem reakcji łańcuchowej niekontrolowanego wzrostu temperatury. Dlatego podczas procesu gaszenia wewnątrz akumulatora nadal wytwarza się ciepło, co powoduje powstanie trudnego do ugaszenia pożaru. Nawet jeśli pożar zostanie skutecznie ugaszony, jeśli nie uda się całkowicie obniżyć temperatury akumulatora w celu wyeliminowania źródła ciepła, nadal trudno jest zahamować wewnętrzną reakcję chemiczną. W tym momencie trzy elementy: źródło zapłonu, paliwo i utleniacz nie zostały wyeliminowane, a ogień akumulatora łatwo się wznieca po uwolnieniu środka gaśniczego.

(5) Ogień stwarza ryzyko wybuchu. Procesy termiczne powodują uwalnianie się dużej ilości gazów, w tym CO, CO2, CH4, C2H4, H2 i oparów elektrolitu.

(6) Gaz termiczny jest toksyczny. Oprócz tego, że jest palny i wybuchowy, gaz wydzielany podczas pożaru baterii ma również pewne właściwości toksyczne, co jest jedną z głównych przyczyn ofiar. CO jest jednym z najbardziej toksycznych gazów w pożarze, który może konkurować z tlenem o hemoglobinę we krwi, zmniejszać zdolność hemoglobiny do dostarczania tlenu i powodować uszkodzenia tkanek ludzkich w wyniku niedotlenienia.

3. Strategie walki z pożarem
Główną funkcją środka gaśniczego jest eliminacja jednego lub dwóch czynników w „trójkącie pożaru”, aby osiągnąć cel, jakim jest stłumienie pożaru i kontrola jego rozprzestrzeniania się. Mechanizm gaszenia pożaru można podzielić na izolację, duszenie, chłodzenie i tłumienie chemiczne. Obecnie powszechnie stosowane środki gaśnicze do gaszenia pożarów baterii można podzielić na gazowe środki gaśnicze (dwutlenek węgla, heptafluoropropan, perfluoroheksanon, ciekły azot itp.), stałe środki gaśnicze (suche proszki gaśnicze i aerozole itp.) oraz ciekłe środki gaśnicze (rozpylona woda, mgła wodna, piana itp.).
Gazowe środki gaśnicze są szeroko stosowane w przypadku pożarów precyzyjnych instrumentów i urządzeń elektrycznych ze względu na ich zalety, takie jak nieprzewodzenie, brak korozji, brak pozostałości i szybki przepływ. Jednocześnie gazowy środek gaśniczy może zapewnić lepszą skuteczność gaśniczą w przestrzeni zamkniętej. Mechanizm gaszenia dwutlenkiem węgla (CO2) i innymi gazami obojętnymi polega głównie na uduszeniu. Ponieważ CO2 trudno obniżyć temperaturę akumulatora, jego efekt chłodzenia jest ograniczony, a całkowite ugaszenie pożaru akumulatora jest trudne. Ciekły azot ma dobre właściwości chłodzące i gaśnicze w przypadku pożaru akumulatora, co stwarza dobre perspektywy jego zastosowania. Jako substytut halonu o doskonałych właściwościach gaśniczych, sewofluoropropan i perfluoroheksanon są szeroko stosowane do gaszenia pożarów akumulatorów, a ich mechanizmy gaszenia obejmują głównie uduszenie, chłodzenie i tłumienie chemiczne. Zarówno zgazowanie, jak i rozkład mogą pochłaniać ciepło otoczenia, obniżać temperaturę strefy pożaru i zmniejszać stężenie tlenu. Jednocześnie rozkładają się w wysokich temperaturach, wytwarzając fluorki, takie jak CF3 i CF2, które wychwytują wolne rodniki i przerywają reakcję łańcuchową spalania. Jednak w trakcie procesu powstaje HF, który przy wysokim stężeniu może być szkodliwy dla zdrowia ludzi i sprzętu.

Stałe środki gaśnicze, takie jak proszek gaśniczy i aerozol, charakteryzują się wysoką skutecznością gaszenia, wygodnym przechowywaniem i niskim kosztem. Proszek gaśniczy to stały proszek powstający w wyniku suszenia, kruszenia i mieszania soli nieorganicznych, który charakteryzuje się wysoką skutecznością gaszenia. Głównym składnikiem proszku gaśniczego ABC jest fosforan amonu, który może izolować, dusić, chłodzić i chemicznie tłumić płomień. Po uwolnieniu proszku gaśniczego do strefy płomienia, produkty rozkładu w wysokich temperaturach mogą wychwytywać wolne rodniki H· i HO·, przerywając reakcję łańcuchową spalania. Jednocześnie rozkład proszku gaśniczego pochłania ciepło i wytwarza amoniak oraz parę wodną, ​​co obniża stężenie tlenu w strefie płomienia. Ponadto proszek gaśniczy opada na powierzchnię paliwa o wysokiej temperaturze, topiąc się i tworząc szklistą powłokę, która izoluje tlen i dusi paliwo. Jednak proszek gaśniczy ABC ma ograniczoną zdolność chłodzenia, a po uwolnieniu temperatura akumulatora jest nadal wysoka, co może prowadzić do ponownego zapłonu.
W przypadku płynnych środków gaśniczych, bezpośrednie użycie dużej ilości wody rozpylonej może skutecznie odprowadzić ciepło i zapobiec jego niekontrolowanemu rozprzestrzenianiu się na sąsiednie ogniwa akumulatora, ale może to prowadzić do ryzyka wybuchu wtórnego lub zwarcia elektrycznego z powodu kontaktu z elektrolitem, który wytwarza wodór po uszkodzeniu akumulatora. Mgła wodna zwiększa efektywność parowania wody dzięki mniejszej wielkości kropli, co pozwala na bardziej efektywne chłodzenie i mniejsze zużycie wody, jednocześnie zmniejszając te zagrożenia. Piana gaśnicza może nie tylko zapewnić dobrą izolację termiczną, ale także pokryć powierzchnię palącego się materiału, odizolować tlen i zapobiec ponownemu zapłonowi płomienia, co jest szczególnie przydatne w przypadku wycieku łatwopalnego elektrolitu lub wycieku łatwopalnego elektrolitu z gruntu. Jednak w przypadku różnych rodzajów pożarów akumulatorów, kluczowy jest dobór odpowiedniej metody gaszenia i środka gaśniczego, aby zapewnić bezpieczne i skuteczne ugaszenie pożaru.

Pożary akumulatorów energii nie tylko zagrażają bezpieczeństwu obiektów, ale także stanowią poważne zagrożenie dla środowiska i zdrowia personelu. Zrozumienie przyczyn pożaru, poznanie jego charakterystyki oraz dobór odpowiedniego środka gaśniczego i strategii jego zwalczania jest kluczem do zapobiegania pożarom i radzenia sobie z nimi. Dzięki zastosowaniu zaawansowanej technologii gaśniczej w połączeniu z perfekcyjną codzienną konserwacją i zarządzaniem, ryzyko pożaru można skutecznie ograniczyć, zapewniając stabilną pracę systemu magazynowania energii.