Η ασφάλεια των μπαταριών λιθίου ήταν πάντα μια ανησυχία στη βιομηχανία. Λόγω της ειδικής δομής υλικού και του περίπλοκου περιβάλλοντος λειτουργίας τους, μόλις συμβεί ένα ατύχημα πυρκαγιάς, θα προκληθούν ζημιές στον εξοπλισμό, απώλεια περιουσίας, ακόμη και θύματα. Μετά την εκδήλωση πυρκαγιάς μπαταρίας λιθίου, η απόρριψη είναι δύσκολη, διαρκεί πολύ και συχνά περιλαμβάνει την παραγωγή μεγάλης ποσότητας τοξικών αερίων. Επομένως, η έγκαιρη κατάσβεση μπορεί να ελέγξει αποτελεσματικά την εξάπλωση της πυρκαγιάς, να αποφύγει την εκτεταμένη καύση και να προσφέρει περισσότερο χρόνο για να διαφύγει το προσωπικό.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θερμικής διαφυγής των μπαταριών ιόντων λιθίου, συχνά εμφανίζεται καπνός, φωτιά, ακόμη και έκρηξη. Ως εκ τούτου, ο έλεγχος του προβλήματος θερμικής διαφυγής και διάχυσης έχει γίνει η κύρια πρόκληση που αντιμετωπίζουν τα προϊόντα μπαταριών λιθίου στη διαδικασία χρήσης. Η επιλογή της σωστής τεχνολογίας πυρόσβεσης μπορεί να αποτρέψει την περαιτέρω εξάπλωση της θερμικής διαφυγής μπαταρίας, η οποία είναι μεγάλης σημασίας για την καταστολή της εκδήλωσης πυρκαγιάς.

Αυτό το άρθρο θα παρουσιάσει τους κύριους πυροσβεστήρες και τους μηχανισμούς πυρόσβεσης που διατίθενται επί του παρόντος στην αγορά και θα αναλύσει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των διαφορετικών τύπων πυροσβεστήρων.

Τύποι πυροσβεστήρων

Επί του παρόντος, οι πυροσβεστήρες στην αγορά χωρίζονται κυρίως σε πυροσβεστήρες αερίου, πυροσβεστήρες νερού, πυροσβεστήρες αεροζόλ και πυροσβεστήρες ξηρής σκόνης. Παρακάτω γίνεται μια εισαγωγή στους κωδικούς και τα χαρακτηριστικά κάθε τύπου πυροσβεστήρα.

Υπερφθοροεξάνιο: Το υπερφθοροεξάνιο έχει καταχωρηθεί στον κατάλογο PFAS του ΟΟΣΑ και της EPA των ΗΠΑ. Επομένως, η χρήση υπερφθοροεξανίου ως πυροσβεστικού μέσου θα πρέπει να συμμορφώνεται με τους τοπικούς νόμους και κανονισμούς και να επικοινωνεί με περιβαλλοντικούς ρυθμιστικούς φορείς. Δεδομένου ότι τα προϊόντα του υπερφθοροεξανίου σε θερμική αποσύνθεση είναι αέρια θερμοκηπίου, δεν είναι κατάλληλο για μακροχρόνιο, συνεχή ψεκασμό μεγάλων δόσεων. Συνιστάται η χρήση του σε συνδυασμό με σύστημα ψεκασμού νερού.

Τριφθορομεθάνιο:Οι παράγοντες τριφθορομεθανίου παράγονται μόνο από λίγους κατασκευαστές και δεν υπάρχουν συγκεκριμένα εθνικά πρότυπα που να ρυθμίζουν αυτόν τον τύπο πυροσβεστικών μέσων. Το κόστος συντήρησης είναι υψηλό, επομένως η χρήση του δεν συνιστάται.

Εξαφθοροπροπάνιο:Αυτό το πυροσβεστικό μέσο είναι επιρρεπές να βλάψει συσκευές ή εξοπλισμό κατά τη χρήση και το δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη (GWP) είναι σχετικά υψηλό. Επομένως, το εξαφθοροπροπάνιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο ως μεταβατικό πυροσβεστικό μέσο.

Επταφθοροπροπάνιο:Λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου περιορίζεται σταδιακά από διάφορες χώρες και θα αντιμετωπίσει την εξάλειψή του. Επί του παρόντος, οι παράγοντες επταφθοροπροπανίου έχουν διακοπεί, γεγονός που θα οδηγήσει σε προβλήματα στην αναπλήρωση των υπαρχόντων συστημάτων επταφθοροπροπανίου κατά τη συντήρηση. Επομένως, η χρήση του δεν συνιστάται.

Αδρανή αέριο:Συμπεριλαμβανομένων των IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, μεταξύ των οποίων το IG 541 χρησιμοποιείται ευρύτερα και είναι διεθνώς αναγνωρισμένο ως ένα πράσινο και φιλικό προς το περιβάλλον πυροσβεστικό μέσο. Ωστόσο, έχει τα μειονεκτήματα του υψηλού κόστους κατασκευής, της μεγάλης ζήτησης για φιάλες αερίου και της μεγάλης κατάληψης χώρου.

Πράκτορας με βάση το νερό:Οι πυροσβεστήρες λεπτής ομίχλης νερού χρησιμοποιούνται ευρέως και έχουν το καλύτερο αποτέλεσμα ψύξης. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι το νερό έχει μεγάλη ειδική θερμική χωρητικότητα, η οποία μπορεί να απορροφήσει γρήγορα μεγάλη ποσότητα θερμότητας, ψύχοντας τις δραστικές ουσίες που δεν αντέδρασαν μέσα στην μπαταρία και αναστέλλοντας έτσι την περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας. Ωστόσο, το νερό προκαλεί σημαντική ζημιά στις μπαταρίες και δεν είναι μονωτικό, οδηγώντας σε βραχυκύκλωμα μπαταρίας.

Αεροζόλ:Λόγω της φιλικότητας προς το περιβάλλον, της μη τοξικότητας, του χαμηλού κόστους και της εύκολης συντήρησης, το αεροζόλ έχει γίνει το κύριο μέσο πυρόσβεσης. Ωστόσο, το επιλεγμένο αεροζόλ θα πρέπει να συμμορφώνεται με τους κανονισμούς των Ηνωμένων Εθνών και τους τοπικούς νόμους και κανονισμούς και απαιτείται τοπική εθνική πιστοποίηση προϊόντος. Ωστόσο, τα αερολύματα δεν διαθέτουν δυνατότητες ψύξης και κατά την εφαρμογή τους, η θερμοκρασία της μπαταρίας παραμένει σχετικά υψηλή. Αφού σταματήσει να απελευθερώνεται το πυροσβεστικό μέσο, ​​η μπαταρία είναι επιρρεπής σε αναζωπύρωση.

Αποτελεσματικότητα Πυροσβεστήρων

Το State Key Laboratory of Fire Science στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας διεξήγαγε μια μελέτη που συνέκρινε τα αποτελέσματα πυρόσβεσης των πυροσβεστήρων ξηρής σκόνης ABC, επταφθοροπροπανίου, νερού, υπερφθοροεξανίου και CO2 σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου 38Α.

Σύγκριση διαδικασίας κατάσβεσης πυρκαγιάς

Η ξηρή σκόνη ABC, το επταφθοροπροπάνιο, το νερό και το υπερφθοροεξάνιο μπορούν όλα να σβήσουν γρήγορα τις πυρκαγιές της μπαταρίας χωρίς να αναζωπυρωθούν. Ωστόσο, οι πυροσβεστήρες CO2 δεν μπορούν να σβήσουν αποτελεσματικά τις πυρκαγιές της μπαταρίας και μπορεί να προκαλέσουν εκ νέου ανάφλεξη.

Σύγκριση αποτελεσμάτων κατάσβεσης πυρκαγιάς

Μετά τη θερμική διαφυγή, η συμπεριφορά των μπαταριών λιθίου υπό τη δράση πυροσβεστήρων μπορεί χονδρικά να χωριστεί σε τρία στάδια: το στάδιο ψύξης, το στάδιο της ταχείας αύξησης της θερμοκρασίας και το στάδιο της αργής πτώσης της θερμοκρασίας.

Το πρώτο στάδιοείναι το στάδιο ψύξης, όπου η θερμοκρασία της επιφάνειας της μπαταρίας μειώνεται μετά την απελευθέρωση του πυροσβεστήρα. Αυτό οφείλεται κυρίως σε δύο λόγους:

• Εξαερισμός μπαταρίας: Πριν από τη θερμική διαφυγή των μπαταριών ιόντων λιθίου, μεγάλη ποσότητα αλκανίων και αερίου CO2 συσσωρεύεται μέσα στην μπαταρία. Όταν η μπαταρία φτάσει στο όριο πίεσης, η βαλβίδα ασφαλείας ανοίγει, απελευθερώνοντας αέριο υψηλής πίεσης. Αυτό το αέριο μεταφέρει τις δραστικές ουσίες στο εσωτερικό της μπαταρίας, ενώ παρέχει επίσης κάποιο αποτέλεσμα ψύξης στην μπαταρία.
• Επίδραση του πυροσβεστήρα: Το αποτέλεσμα ψύξης του πυροσβεστήρα προέρχεται κυρίως από δύο μέρη: την απορρόφηση θερμότητας κατά την αλλαγή φάσης και το φαινόμενο χημικής απομόνωσης. Η απορρόφηση θερμότητας αλλαγής φάσης αφαιρεί άμεσα τη θερμότητα που παράγεται από την μπαταρία, ενώ το φαινόμενο χημικής απομόνωσης μειώνει έμμεσα την παραγωγή θερμότητας διακόπτοντας τις χημικές αντιδράσεις. Το νερό έχει το πιο σημαντικό αποτέλεσμα ψύξης λόγω της υψηλής ειδικής θερμικής του ικανότητας, επιτρέποντάς του να απορροφά μεγάλη ποσότητα θερμότητας γρήγορα. Ακολουθεί το υπερφθοροεξάνιο, ενώ το HFC-227ea, το CO2 και η ξηρή σκόνη ABC δεν παρουσιάζουν σημαντικές δράσεις ψύξης, κάτι που σχετίζεται με τη φύση και τον μηχανισμό των πυροσβεστήρων.

Το δεύτερο στάδιο είναι το στάδιο ταχείας αύξησης της θερμοκρασίας, όπου η θερμοκρασία της μπαταρίας αυξάνεται γρήγορα από την ελάχιστη τιμή της στην κορυφή της. Δεδομένου ότι οι πυροσβεστήρες δεν μπορούν να σταματήσουν εντελώς την αντίδραση αποσύνθεσης στο εσωτερικό της μπαταρίας, και τα περισσότερα πυροσβεστήρια έχουν κακή ψύξη, η θερμοκρασία της μπαταρίας παρουσιάζει μια σχεδόν κατακόρυφη ανοδική τάση για διαφορετικούς πυροσβεστήρες. Σε σύντομο χρονικό διάστημα, η θερμοκρασία της μπαταρίας ανεβαίνει στο αποκορύφωμά της.

Σε αυτό το στάδιο, υπάρχει σημαντική διαφορά στην αποτελεσματικότητα των διαφορετικών πυροσβεστήρων στην αναστολή της αύξησης της θερμοκρασίας της μπαταρίας. Η αποτελεσματικότητα με φθίνουσα σειρά είναι νερό > υπερφθοροεξάνιο > HFC-227ea > ξηρή σκόνη ABC > CO2. Όταν η θερμοκρασία της μπαταρίας αυξάνεται αργά, παρέχει περισσότερο χρόνο απόκρισης για την προειδοποίηση πυρκαγιάς μπαταρίας και περισσότερο χρόνο αντίδρασης για τους χειριστές.

Σύναψη

1. CO2: Τα πυροσβεστικά μέσα όπως το CO2, τα οποία δρουν κυρίως με ασφυξία και απομόνωση, έχουν κακή ανασταλτική επίδραση στις πυρκαγιές των μπαταριών. Σε αυτή τη μελέτη, εμφανίστηκαν σοβαρά φαινόμενα αναζωπύρωσης με CO2, καθιστώντας το ακατάλληλο για πυρκαγιές μπαταριών λιθίου.
2. ABC Dry Powder / HFC-227ea: Η ξηρή σκόνη ABC και τα πυροσβεστικά HFC-227ea, που δρουν κυρίως μέσω της απομόνωσης και της χημικής καταστολής, μπορούν εν μέρει να αναστείλουν τις αλυσιδωτές αντιδράσεις στο εσωτερικό της μπαταρίας σε κάποιο βαθμό. Έχουν ελαφρώς καλύτερο αποτέλεσμα από το CO2, αλλά δεδομένου ότι δεν διαθέτουν εφέ ψύξης και δεν μπορούν να εμποδίσουν πλήρως τις εσωτερικές αντιδράσεις στην μπαταρία, η θερμοκρασία της μπαταρίας εξακολουθεί να αυξάνεται γρήγορα μετά την απελευθέρωση του πυροσβεστήρα.
3. Υπερφθοροεξάνιο: Το υπερφθοροεξάνιο όχι μόνο μπλοκάρει τις εσωτερικές αντιδράσεις της μπαταρίας αλλά επίσης απορροφά τη θερμότητα μέσω της εξάτμισης. Επομένως, η ανασταλτική του δράση στις πυρκαγιές των μπαταριών είναι σημαντικά καλύτερη από άλλα πυροσβεστικά μέσα.
4. Νερό: Μεταξύ όλων των πυροσβεστήρων, το νερό έχει την πιο εμφανή πυροσβεστική δράση. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι το νερό έχει μεγάλη ειδική θερμική ικανότητα, επιτρέποντάς του να απορροφά γρήγορα μεγάλη ποσότητα θερμότητας. Αυτό ψύχει τις δραστικές ουσίες που δεν αντέδρασαν μέσα στην μπαταρία, εμποδίζοντας έτσι την περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας. Ωστόσο, το νερό προκαλεί σημαντική ζημιά στις μπαταρίες και δεν έχει μονωτικό αποτέλεσμα, επομένως η χρήση του θα πρέπει να είναι εξαιρετικά προσεκτική.

Τι Να Διαλέξουμε;

Ερευνήσαμε τα συστήματα πυροπροστασίας που χρησιμοποιούνται από αρκετούς κατασκευαστές συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας στην αγορά, χρησιμοποιώντας κυρίως τις ακόλουθες λύσεις πυρόσβεσης:

• Υπερφθοροεξάνιο + Νερό
• Αεροζόλ + Νερό

Μπορεί να φανεί ότισυνεργιστικά πυροσβεστικά μέσα αποτελούν την κύρια τάση για τους κατασκευαστές μπαταριών λιθίου. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το Perfluorohexane + Water, το Perfluorohexane μπορεί να σβήσει γρήγορα τις ανοιχτές φλόγες, διευκολύνοντας την επαφή της λεπτής ομίχλης νερού με την μπαταρία, ενώ το λεπτό νέφος νερού μπορεί να το ψύχει αποτελεσματικά. Η συνεργατική λειτουργία έχει καλύτερα αποτελέσματα πυρόσβεσης και ψύξης σε σύγκριση με τη χρήση ενός μόνο πυροσβεστικού μέσου. Επί του παρόντος, ο νέος κανονισμός της ΕΕ για τις μπαταρίες απαιτεί οι μελλοντικές ετικέτες των μπαταριών να περιλαμβάνουν διαθέσιμα πυροσβεστικά μέσα. Οι κατασκευαστές πρέπει επίσης να επιλέξουν το κατάλληλο πυροσβεστικό μέσο με βάση τα προϊόντα τους, τους τοπικούς κανονισμούς και την αποτελεσματικότητά τους.