เหตุเพลิงไหม้แบตเตอรี่เก็บพลังงานลิเธียมไอออน: สาเหตุ ลักษณะเฉพาะ และกลยุทธ์การดับเพลิง!

1. สาเหตุของการเกิดไฟไหม้แบตเตอรี่
ไฟไหม้แบตเตอรี่เป็นผลมาจากปฏิกิริยาร่วมกันของสารออกซิไดซ์ สารไวไฟ และแหล่งกำเนิดประกายไฟ ดังนั้น กลไกการเกิดความร้อนสูงเกินควบคุมของแบตเตอรี่จึงสามารถสรุปได้ง่ายๆ ว่าเป็น "สามเหลี่ยมความร้อนสูงเกินควบคุม" กระบวนการเผาไหม้สามารถยุติลงได้ด้วยการทำลายองค์ประกอบใดๆ ใน "สามเหลี่ยมความร้อนสูงเกินควบคุม" ดังนั้น ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับ "สามเหลี่ยมความร้อนสูงเกินควบคุม" จะช่วยนำทางเราในการดับไฟไหม้แบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในกรณีที่แบตเตอรี่โซเดียมไอออนได้รับความเสียหายจากความร้อน ไฟฟ้า หรือกลไกที่ไม่เหมาะสม อาจเกิดอุณหภูมิสูงผิดปกติภายในแบตเตอรี่ และวัสดุภายในแบตเตอรี่จะเกิดปฏิกิริยาคายความร้อนอย่างต่อเนื่อง ทำให้เพิ่มอุณหภูมิและอัตราการเกิดปฏิกิริยาของแบตเตอรี่สูงขึ้น และในที่สุดจะทำให้เกิดการระเบิดจากความร้อนสูงเกินควบคุม (thermal runaway) ชนิดของวัสดุที่ติดไฟได้ในกระบวนการระเบิดจากความร้อนสูงเกินควบคุมของแบตเตอรี่นั้นมีความซับซ้อนและหลากหลาย รวมถึงขั้วลบกราไฟต์ (วัสดุแข็งที่ติดไฟได้) ตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์ (ของเหลวที่ติดไฟได้) ก๊าซไฮโดรเจนและไฮโดรคาร์บอน (ก๊าซที่ติดไฟได้) และโลหะ (โลหะที่ติดไฟได้) ยิ่งไปกว่านั้น องค์ประกอบของวัสดุที่ติดไฟได้จะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในกระบวนการระเบิดจากความร้อนสูงเกินควบคุม นอกจากนี้ การเกิดการระเบิดจากความร้อนสูงเกินควบคุมของแบตเตอรี่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจนในสิ่งแวดล้อมเพียงอย่างเดียว การสลายตัวที่อุณหภูมิสูงของวัสดุขั้วบวกก็สามารถปล่อยออกซิเจนที่จำเป็นออกมาได้เช่นกัน ดังนั้น การเกิดไฟไหม้แบตเตอรี่จึงเป็นสถานการณ์ไฟไหม้ที่ซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงได้

2. ลักษณะการเกิดไฟไหม้จากแบตเตอรี่
เมื่อเปรียบเทียบกับไฟไหม้ทั่วไป ไฟไหม้จากความร้อนสูงเกินของแบตเตอรี่มีลักษณะเฉพาะตัว ซึ่งสรุปได้ดังนี้:

(1) อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิสูง แบตเตอรี่จะเกิดปฏิกิริยาคายความร้อนเองโดยธรรมชาติภายใต้สภาวะการใช้งานที่ไม่เหมาะสม หลังจากเกิดภาวะความร้อนสูงเกินควบคุม ปฏิกิริยาคายความร้อนภายในของแบตเตอรี่จะรุนแรง และความร้อนจำนวนมากจะเกิดขึ้นในเวลาอันสั้น ทำให้อุณหภูมิของแบตเตอรี่สูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ในกระบวนการเกิดภาวะความร้อนสูงเกินควบคุม อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิสูงสุดของแบตเตอรี่อาจเกิน 100 ℃/วินาที และอุณหภูมิพื้นผิวอาจเกิน 1000℃ อุณหภูมิที่สูงเช่นนี้เกินจุดติดไฟของวัสดุที่ติดไฟได้อื่นๆ ทั้งภายในและภายนอกโมดูลแบตเตอรี่ ซึ่งอาจนำไปสู่เหตุการณ์ไฟไหม้ที่รุนแรงขึ้นได้ง่าย

(2) มาพร้อมกับเปลวไฟที่พุ่งออกมาอย่างรุนแรงและอัตราการปล่อยความร้อนสูง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ปฏิกิริยาเคมีภายในแบตเตอรี่จะรุนแรงขึ้นและปล่อยก๊าซออกมาเป็นจำนวนมาก ซึ่งจะสะสมอยู่ภายในแบตเตอรี่ ส่งผลให้ความดันภายในเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อถึงระดับหนึ่ง วาล์วนิรภัยของแบตเตอรี่จะแตกและปล่อยก๊าซไวไฟ อิเล็กโทรไลต์ และอนุภาควัสดุจำนวนมากออกมา ทำให้เกิดไฟไหม้รุนแรง และความสูงของเปลวไฟอาจสูงถึง 1~2 เมตร

(3) ไฟลุกลามอย่างรวดเร็ว เมื่อโมดูลแบตเตอรี่ตัวใดตัวหนึ่งล้มเหลวและทำให้เกิดการลุกลามของความร้อน การจัดเรียงแบบแน่นหนาสามารถถ่ายเทความร้อนไปยังแบตเตอรี่ที่อยู่ติดกันได้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้การลุกลามของความร้อนแพร่กระจายภายในโมดูลแบตเตอรี่ นำไปสู่ผลร้ายแรง

(4) การดับไฟทำได้ยาก และไฟก็ลุกไหม้ขึ้นใหม่ได้ง่าย ในกระบวนการที่เกิดการลุกไหม้จากความร้อนสูง ปฏิกิริยาคายความร้อนส่วนใหญ่เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่ เนื่องจากสิ่งกีดขวางของตัวเรือน ทำให้สารดับเพลิงเข้าไปภายในแบตเตอรี่เพื่อปิดกั้นปฏิกิริยาลูกโซ่ของการลุกไหม้จากความร้อนสูงได้ยาก ดังนั้น ในระหว่างกระบวนการดับไฟ ความร้อนภายในแบตเตอรี่ยังคงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้เกิดไฟที่ดับยาก แม้ว่าจะดับไฟได้สำเร็จแล้ว หากอุณหภูมิของแบตเตอรี่ไม่ลดลงอย่างสมบูรณ์เพื่อกำจัดแหล่งความร้อน ก็ยังยากที่จะยับยั้งปฏิกิริยาเคมีภายใน ในขณะนี้ องค์ประกอบทั้งสาม ได้แก่ แหล่งกำเนิดประกายไฟ เชื้อเพลิง และสารออกซิไดซ์ ยังไม่ถูกกำจัดออกไป และแบตเตอรี่ก็ลุกไหม้ขึ้นใหม่ได้ง่ายหลังจากปล่อยสารดับเพลิง

(5) ไฟมีความเสี่ยงที่จะเกิดการระเบิด กระบวนการที่ควบคุมไม่ได้ทางความร้อนจะก่อให้เกิดก๊าซจำนวนมาก รวมถึง CO, CO2, CH4, C2H4, H2 และไอระเหยของอิเล็กโทรไลต์

(6) ก๊าซที่เกิดจากการลุกไหม้ของแบตเตอรี่เป็นพิษ นอกจากจะติดไฟได้และระเบิดได้แล้ว ก๊าซที่เกิดขึ้นในไฟไหม้แบตเตอรี่ยังมีพิษอีกด้วย ซึ่งเป็นสาเหตุหลักประการหนึ่งของการเสียชีวิต ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เป็นหนึ่งในก๊าซที่มีพิษมากที่สุดในไฟไหม้ ซึ่งสามารถแย่งออกซิเจนกับฮีโมโกลบินในเลือด ลดความสามารถในการส่งออกซิเจนของฮีโมโกลบิน และทำให้เนื้อเยื่อของมนุษย์เสียหายจากภาวะขาดออกซิเจน

3. กลยุทธ์การดับเพลิง
หน้าที่หลักของสารดับเพลิงคือการกำจัดปัจจัยหนึ่งหรือสองอย่างใน "สามเหลี่ยมแห่งไฟ" เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการระงับการเกิดเพลิงไหม้และควบคุมการลุกลามของไฟ กลไกการดับเพลิงสามารถแบ่งออกเป็น การแยกพื้นที่ การทำให้ขาดอากาศหายใจ การทำให้เย็น และการดับเพลิงด้วยสารเคมี ปัจจุบัน สารดับเพลิงที่ใช้กันทั่วไปในการดับเพลิงแบตเตอรี่สามารถแบ่งออกเป็น สารดับเพลิงประเภทก๊าซ (คาร์บอนไดออกไซด์ เฮปตาฟลูออโรโพรเพน เพอร์ฟลูออโรเฮกซาโนน ไนโตรเจนเหลว ฯลฯ) สารดับเพลิงประเภทของแข็ง (ผงแห้งและสารดับเพลิงแบบสเปรย์ ฯลฯ) และสารดับเพลิงประเภทของเหลว (สเปรย์น้ำ ละอองน้ำ โฟม ฯลฯ)
สารดับเพลิงชนิดก๊าซถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องมือวัดความแม่นยำและเหตุเพลิงไหม้จากอุปกรณ์ไฟฟ้า เนื่องจากมีข้อดีคือไม่นำไฟฟ้า ไม่กัดกร่อน ไม่มีสารตกค้าง และไหลเร็ว ในขณะเดียวกัน สารดับเพลิงชนิดก๊าซยังสามารถดับเพลิงได้ดีกว่าในพื้นที่จำกัด ในบรรดาสารดับเพลิงชนิดก๊าซนั้น กลไกการดับเพลิงของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และก๊าซเฉื่อยอื่นๆ ส่วนใหญ่คือการทำให้ขาดอากาศหายใจ เนื่องจาก CO2 ลดอุณหภูมิของแบตเตอรี่ได้ยาก ทำให้ประสิทธิภาพในการลดอุณหภูมิเพื่อดับเพลิงของ CO2 มีจำกัด และยากที่จะดับไฟแบตเตอรี่ได้อย่างสมบูรณ์ ไนโตรเจนเหลวมีประสิทธิภาพในการลดอุณหภูมิและดับเพลิงแบตเตอรี่ได้ดี จึงมีแนวโน้มการใช้งานที่ดี เซโวฟลูออโรโพรเพนและเพอร์ฟลูออโรเฮกซาโนนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการดับเพลิงแบตเตอรี่ โดยมีประสิทธิภาพในการดับเพลิงที่ดีเยี่ยม ซึ่งสามารถใช้แทนฮาลอนได้ กลไกการดับเพลิงของสารเหล่านี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยการทำให้ขาดอากาศหายใจ การลดอุณหภูมิ และการระงับทางเคมี ทั้งการกลายเป็นก๊าซและการสลายตัวสามารถดูดซับความร้อนโดยรอบ ลดอุณหภูมิของบริเวณที่เกิดเพลิงไหม้ และลดความเข้มข้นของออกซิเจนได้ ในขณะเดียวกัน สารเหล่านี้จะสลายตัวที่อุณหภูมิสูงเพื่อผลิตฟลูออไรด์ เช่น CF3 และ CF2 ซึ่งจะดักจับอนุมูลอิสระและขัดขวางปฏิกิริยาลูกโซ่การเผาไหม้ อย่างไรก็ตาม ในระหว่างกระบวนการนี้จะเกิด HF ขึ้น และเมื่อความเข้มข้นสูง จะก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และอุปกรณ์ต่างๆ

สารดับเพลิงชนิดแข็ง เช่น ผงแห้งและสเปรย์ มีข้อดีคือ ประสิทธิภาพในการดับเพลิงสูง จัดเก็บสะดวก และต้นทุนต่ำ ผงแห้งเป็นผงแข็งที่เกิดจากการอบแห้ง บด และผสมเกลืออนินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพในการดับเพลิง ส่วนประกอบหลักของผงแห้ง ABC คือแอมโมเนียมฟอสเฟต ซึ่งสามารถแยก ปิดกั้น ลดอุณหภูมิ และระงับเปลวไฟด้วยกระบวนการทางเคมี หลังจากปล่อยผงแห้งเข้าไปในบริเวณเปลวไฟ ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวที่อุณหภูมิสูงจะดักจับอนุมูลอิสระ H· และ HO· ทำให้ปฏิกิริยาลูกโซ่การเผาไหม้หยุดชะงัก ในขณะเดียวกัน การสลายตัวของผงแห้งจะดูดซับความร้อนและผลิตแอมโมเนียและไอน้ำ ทำให้ความเข้มข้นของออกซิเจนในบริเวณเปลวไฟเจือจางลง นอกจากนี้ ผงแห้งจะตกลงบนพื้นผิวของเชื้อเพลิงที่มีอุณหภูมิสูง ละลายกลายเป็นชั้นเคลือบคล้ายแก้วที่แยกออกซิเจนและลดการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง อย่างไรก็ตาม ผงแห้ง ABC มีความสามารถในการลดอุณหภูมิที่จำกัด และหลังจากปล่อยออกมาแล้ว อุณหภูมิของชุดผงยังคงสูงอยู่ ซึ่งอาจนำไปสู่การลุกไหม้ซ้ำได้
สำหรับสารดับเพลิงชนิดเหลว การฉีดน้ำปริมาณมากโดยตรงสามารถระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพและป้องกันไม่ให้ความร้อนลุกลามไปยังเซลล์แบตเตอรี่ที่อยู่ใกล้เคียง แต่ก็อาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการระเบิดซ้ำหรือปัญหาไฟฟ้าลัดวงจรเนื่องจากการสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ทำให้เกิดไฮโดรเจนหลังจากแบตเตอรี่เสียหาย ละอองน้ำช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการระเหยของน้ำด้วยขนาดหยดน้ำที่เล็กกว่า ทำให้ระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและใช้น้ำน้อยลง ในขณะเดียวกันก็ลดความเสี่ยงเหล่านี้ลง สารดับเพลิงชนิดโฟมไม่เพียงแต่ให้ฉนวนกันความร้อนที่ดีเท่านั้น แต่ยังปกคลุมพื้นผิวของวัสดุที่กำลังไหม้ แยกออกซิเจน ยับยั้งการลุกไหม้ซ้ำ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจัดการกับไฟที่ลุกลามหรือของเหลวอิเล็กโทรไลต์ที่ติดไฟได้ไหลล้นลงพื้น อย่างไรก็ตาม สำหรับไฟไหม้แบตเตอรี่ประเภทต่างๆ การเลือกวิธีการดับเพลิงและสารดับเพลิงที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจได้ว่าการดับไฟนั้นปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ

เหตุเพลิงไหม้แบตเตอรี่เก็บพลังงานไม่เพียงแต่คุกคามความปลอดภัยของสถานที่เท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความท้าทายอย่างร้ายแรงต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของบุคลากรอีกด้วย การเข้าใจสาเหตุของการเกิดเพลิงไหม้ การเชี่ยวชาญลักษณะของเพลิงไหม้ และการเลือกสารดับเพลิงและกลยุทธ์ที่เหมาะสม เป็นกุญแจสำคัญในการป้องกันและรับมือกับเพลิงไหม้ การใช้เทคโนโลยีดับเพลิงขั้นสูงร่วมกับการบำรุงรักษาและการจัดการประจำวันที่สมบูรณ์แบบ จะช่วยลดความเสี่ยงจากเพลิงไหม้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าระบบเก็บพลังงานจะทำงานได้อย่างเสถียร