Sigurnost litijumskih baterija je uvijek bila briga u industriji. Zbog njihove posebne materijalne strukture i složenog radnog okruženja, kada dođe do požara, to će uzrokovati oštećenje opreme, gubitak imovine, pa čak i žrtve. Nakon što dođe do požara litijumske baterije, odlaganje je teško, dugo traje i često uključuje stvaranje velike količine otrovnih plinova. Stoga, blagovremeno gašenje požara može efikasno kontrolisati širenje požara, izbjeći opsežne opekotine i pružiti više vremena osoblju za bijeg.

Tokom procesa termičkog bijega litijum-jonskih baterija često dolazi do dima, požara, pa čak i eksplozije. Stoga je kontrola toplotnog bijega i problema difuzije postao glavni izazov s kojim se susreću proizvodi litijskih baterija u procesu upotrebe. Odabirom prave tehnologije za gašenje požara može se spriječiti dalje širenje termičkog bijega baterije, što je od velikog značaja za suzbijanje požara.

Ovaj članak će predstaviti uobičajene aparate za gašenje požara i mehanizme za gašenje koji su trenutno dostupni na tržištu, te analizirati prednosti i nedostatke različitih tipova aparata za gašenje požara.

Vrste aparata za gašenje požara

Trenutno se aparati za gašenje požara na tržištu uglavnom dijele na gasne aparate za gašenje požara, aparate za gašenje požara na bazi vode, aerosolne aparate za gašenje požara i aparate za gašenje suhim prahom. Ispod je uvod u šifre i karakteristike svake vrste aparata za gašenje požara.

Perfluoroheksan: Perfluoroheksan je naveden u PFAS inventaru OECD-a i US EPA. Stoga, upotreba perfluoroheksana kao sredstva za gašenje požara treba biti u skladu s lokalnim zakonima i propisima i komunicirati s regulatornim agencijama za okoliš. Budući da su produkti termičkog raspadanja perfluoroheksana plinovi staklene bašte, nije pogodan za dugotrajno, kontinuirano prskanje velikim dozama. Preporučuje se upotreba u kombinaciji sa sistemom za prskanje vode.

trifluorometan:Trifluorometanske agense proizvodi samo nekoliko proizvođača, a ne postoje posebni nacionalni standardi koji reguliraju ovu vrstu sredstava za gašenje požara. Troškovi održavanja su visoki, pa se njegova upotreba ne preporučuje.

heksafluorpropan:Ovo sredstvo za gašenje požara je sklono oštećenju uređaja ili opreme tokom upotrebe, a njegov potencijal globalnog zagrijavanja (GWP) je relativno visok. Stoga se heksafluoropropan može koristiti samo kao prelazno sredstvo za gašenje požara.

heptafluoropropan:Zbog efekta staklene bašte, razne zemlje ga postepeno ograničavaju i suočit će se s eliminacijom. Trenutno, heptafluoropropanski agensi su obustavljeni, što će dovesti do problema u dopunjavanju postojećih heptafluoropropanskih sistema tokom održavanja. Stoga se njegova upotreba ne preporučuje.

inertni plin:Uključujući IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, među kojima se IG 541 više koristi i međunarodno je priznat kao zeleno i ekološki prihvatljivo sredstvo za gašenje požara. Međutim, ima nedostatke visoke cijene izgradnje, velike potražnje za plinskim bocama i velikog prostora.

Sredstvo na bazi vode:Aparati za gašenje požara sa finom vodenom maglom se široko koriste i imaju najbolji efekat hlađenja. To je uglavnom zato što voda ima veliki specifični toplinski kapacitet, koji može brzo apsorbirati veliku količinu topline, hladeći neizreagirane aktivne tvari unutar baterije i na taj način inhibirajući daljnji porast temperature. Međutim, voda uzrokuje značajna oštećenja baterija i nije izolacijska, što dovodi do kratkih spojeva baterija.

Aerosol:Zbog svoje ekološke prihvatljivosti, netoksičnosti, niske cijene i jednostavnog održavanja, aerosol je postao glavno sredstvo za gašenje požara. Međutim, odabrani aerosol bi trebao biti u skladu s propisima UN-a i lokalnim zakonima i propisima, a potrebna je i certifikacija lokalnog nacionalnog proizvoda. Međutim, aerosoli nemaju sposobnost hlađenja, a tokom njihove primjene temperatura baterije ostaje relativno visoka. Nakon što sredstvo za gašenje požara prestane da se oslobađa, baterija je sklona ponovnom paljenju.

Efikasnost sredstava za gašenje požara

Državna ključna laboratorija za nauku o požaru na Univerzitetu nauke i tehnologije u Kini sprovela je studiju upoređujući efekte gašenja požara ABC suhog praha, heptafluoropropana, vode, perfluoroheksana i CO2 sredstava za gašenje požara na litijum-jonskoj bateriji od 38A.

Poređenje procesa gašenja požara

ABC suvi prah, heptafluoropropan, voda i perfluoroheksan mogu brzo ugasiti požar u baterijama bez ponovnog paljenja. Međutim, CO2 aparati za gašenje požara ne mogu efikasno ugasiti požar baterija i mogu izazvati ponovno paljenje.

Poređenje rezultata suzbijanja požara

Nakon termičkog bijega, ponašanje litijumskih baterija pod dejstvom sredstava za gašenje požara može se grubo podeliti u tri faze: fazu hlađenja, fazu brzog porasta temperature i fazu sporog pada temperature.

Prva fazaje faza hlađenja, u kojoj temperatura površine baterije opada nakon što se pusti sredstvo za gašenje požara. To je uglavnom zbog dva razloga:

• Odzračivanje baterije: Prije termičkog bijega litijum-jonskih baterija, velika količina alkana i plina CO2 nakuplja se unutar baterije. Kada baterija dostigne granicu pritiska, sigurnosni ventil se otvara, oslobađajući gas pod visokim pritiskom. Ovaj plin prenosi aktivne tvari unutar baterije, a istovremeno daje i neki efekat hlađenja baterije.
• Efekat sredstva za gašenje požara: Efekat hlađenja sredstva za gašenje požara uglavnom dolazi iz dva dela: apsorpcije toplote tokom promene faze i efekta hemijske izolacije. Apsorpcija toplote sa promenom faze direktno uklanja toplotu koju generiše baterija, dok efekat hemijske izolacije indirektno smanjuje stvaranje toplote prekidanjem hemijskih reakcija. Voda ima najznačajniji efekat hlađenja zbog svog visokog specifičnog toplotnog kapaciteta, što joj omogućava da brzo apsorbuje veliku količinu toplote. Slijedi perfluoroheksan, dok HFC-227ea, CO2 i ABC suvi prah ne pokazuju značajne efekte hlađenja, što je povezano sa prirodom i mehanizmom sredstava za gašenje požara.

Druga faza je faza brzog porasta temperature, u kojoj temperatura baterije brzo raste od svoje minimalne vrijednosti do maksimuma. Budući da sredstva za gašenje požara ne mogu u potpunosti zaustaviti reakciju raspadanja unutar baterije, a većina sredstava za gašenje ima slab učinak hlađenja, temperatura baterije pokazuje gotovo vertikalni trend rasta za različita sredstva za gašenje požara. U kratkom periodu temperatura baterije poraste do svog maksimuma.

U ovoj fazi postoji značajna razlika u efikasnosti različitih sredstava za gašenje požara u inhibiciji porasta temperature baterije. Efikasnost u opadajućem redosledu je voda > perfluoroheksan > HFC-227ea > ABC suvi prah > CO2. Kada temperatura baterije polako raste, pruža više vremena odziva za upozorenje o paljenju baterije i duže vrijeme reakcije za operatere.

Zaključak

1. CO2: Sredstva za gašenje požara poput CO2, koji prvenstveno djeluju gušenjem i izolacijom, imaju slab inhibicijski učinak na požar baterija. U ovoj studiji, došlo je do ozbiljnih fenomena ponovnog paljenja sa CO2, što ga čini neprikladnim za požare litijumskih baterija.
2. ABC suvi prah / HFC-227ea: ABC suvi prah i HFC-227ea sredstva za gašenje požara, koji prvenstveno deluju kroz izolaciju i hemijsku supresiju, mogu delimično da inhibiraju lančane reakcije unutar baterije u određenoj meri. Imaju nešto bolji učinak od CO2, ali s obzirom da nemaju efekte hlađenja i ne mogu u potpunosti blokirati unutrašnje reakcije u bateriji, temperatura baterije i dalje brzo raste nakon puštanja sredstva za gašenje požara.
3. Perfluoroheksan: Perfluoroheksan ne samo da blokira reakcije unutrašnje baterije, već i apsorbuje toplotu kroz isparavanje. Stoga je njegov inhibitorni učinak na požar baterija znatno bolji od ostalih sredstava za gašenje požara.
4. Voda: Među svim sredstvima za gašenje požara, voda ima najočitiji efekat gašenja požara. To je uglavnom zato što voda ima veliki specifični toplinski kapacitet, što joj omogućava da brzo apsorbira veliku količinu topline. Ovo hladi neizreagovane aktivne supstance unutar baterije, čime se sprečava dalji porast temperature. Međutim, voda uzrokuje značajnu štetu na baterijama i nema izolacijski učinak, pa treba biti izuzetno oprezna pri njenoj upotrebi.

Šta da izaberemo?

Ispitali smo sisteme zaštite od požara koje koristi nekoliko proizvođača sistema za skladištenje energije trenutno na tržištu, prvenstveno koristeći sljedeća rješenja za gašenje požara:

• Perfluoroheksan + voda
• Aerosol + voda

To se vidisinergijska sredstva za gašenje požara su glavni trend za proizvođače litijumskih baterija. Uzimajući perfluoroheksan + voda kao primjer, perfluoroheksan može brzo ugasiti otvoreni plamen, olakšavajući kontakt fine vodene magle sa baterijom, dok fina vodena magla može efikasno da je ohladi. Kooperativni rad ima bolje efekte gašenja i hlađenja u poređenju sa upotrebom jednog sredstva za gašenje požara. Trenutno, Uredba EU o novim baterijama zahtijeva da buduće naljepnice baterija uključuju dostupna sredstva za gašenje požara. Proizvođači takođe treba da izaberu odgovarajuće sredstvo za gašenje požara na osnovu svojih proizvoda, lokalnih propisa i efikasnosti.