Incendie de la batterie au lithium

Les piles au lithium alimentent toute une série d'appareils et de produits, offrant des heures d'autonomie tout en étant minces et portables. Malheureusement, ces matériaux inflammables rendent ces piles vulnérables aux incendies.

La surchauffe d'une cellule peut déclencher une réaction en chaîne dans laquelle toutes les autres cellules s'échauffent et explosent - c'est ce qu'on appelle l'emballement thermique.

Surchauffe

Les piles au lithium tirent leur énergie de réactions chimiques entre les électrodes de la cathode et de l'anode, qui sont contrôlées par une membrane perméable. Si cette membrane est compromise, toute l'énergie stockée peut être transférée d'un seul coup, ce qui fait monter la température en flèche et peut provoquer un incendie ou une explosion.

La surchauffe peut être causée par un court-circuit ou un dommage externe, qui peut inclure la chute, la perforation ou l'écrasement de la batterie ; des processus de charge ou de surcharge inappropriés provoquant une accumulation de chaleur ; des températures ambiantes élevées peuvent également contribuer à la surchauffe.

Outre le risque d'incendie, les piles au lithium qui subissent un emballement thermique peuvent produire des gaz toxiques qui sont à la fois inflammables et explosifs s'ils s'échappent de leur boîtier et les libèrent à proximité, ce qui représente un danger important pour les personnes et les équipements qui se trouvent à proximité.

L'emballement thermique est l'une des principales causes d'incendie des batteries au lithium dans les avions et autres véhicules commerciaux. Lorsque ce type d'incendie se déclare, un court-circuit endommagé provoque une surchauffe ; à mesure que la chaleur s'accumule à l'intérieur de la batterie, celle-ci s'autodétruit jusqu'à ce qu'elle fonde complètement ou qu'elle explose.

Plusieurs mesures peuvent être prises pour éviter l'emballement thermique. L'une d'entre elles consiste à reconnaître les signes d'alerte, tels qu'une chaleur, une fumée ou une odeur inhabituelles provenant de batteries sur le point de tomber en panne - une chaleur, une fumée ou une odeur inhabituelles provenant de batteries peuvent indiquer une panne imminente - telles qu'une chaleur, une fumée ou une odeur inhabituelles provenant de batteries en train de se décharger et une odeur de gonflement ou de brûlure. Si ces avertissements apparaissent sur un appareil que vous possédez ou auquel vous avez accès, n'essayez pas d'éteindre le feu avec du halon ou de l'eau ; prenez d'abord des mesures pour refroidir l'appareil avant d'éteindre le feu avec du halon ou de l'eau, car ces mesures risquent de causer des dommages irréparables.

Les incendies de piles au lithium peuvent se propager rapidement, il est donc crucial que tout appareil impliqué reste immobile jusqu'à ce que l'incendie se soit totalement calmé. Par conséquent, des sacs de confinement des batteries AvSax devraient être disponibles à bord des avions pour être utilisés en cas d'urgence impliquant des appareils électroniques personnels alimentés au lithium, et les membres d'équipage devraient recevoir une formation sur la gestion de telles situations en cas d'incident.

Court-circuit interne

Les incendies de piles au lithium sont souvent causés par des courts-circuits à l'intérieur de la pile elle-même, souvent à la suite de réactions chimiques indésirables ou de dommages physiques. Une surcharge ou un abus mécanique peut créer des dendrites de lithium qui pénètrent dans le séparateur entre les électrodes de l'anode et de la cathode et le court-circuitent, ce qui conduit finalement à un emballement thermique.

Il existe des mesures préventives qui peuvent être prises pour réduire le risque de court-circuit interne, notamment des diaphragmes en céramique et l'utilisation d'un électrolyte liquide ionique ou d'un oligomère de maléimide tel que le maléimide. En outre, les piles doivent être conçues de manière à résister à l'accumulation de chaleur et à toute réaction entre les électrodes positives et négatives, ce qui réduira les risques de court-circuit, d'emballement thermique et de combustion.

La clé de la prévention de l'ISC est la qualité de la conception de la batterie. Les électrodes de la cathode et de l'anode sont séparées par un composant appelé séparateur, qui peut être endommagé par de mauvaises pratiques de fabrication ou des conditions de fonctionnement non nominales, entraînant des courts-circuits internes qui peuvent finalement provoquer un emballement thermique.

Un moyen efficace de prévenir l'ISC consiste à utiliser un élément de batterie lithium-ion doté d'un système de protection intégré, capable de détecter et de corriger les erreurs au sein de son système. En outre, cette batterie doit être dotée d'un séparateur conducteur de haute qualité capable de résister aux vibrations et aux contraintes mécaniques et d'être correctement scellée contre la contamination par l'humidité et d'autres formes de contamination.

Il existe de nombreuses méthodes pour détecter les défauts ISC, les approches basées sur des modèles et celles basées sur des données étant disponibles pour détecter avec précision les défauts ISC graves. Les approches basées sur des modèles, comme la modélisation de la cohérence de la batterie ou les méthodes d'estimation par les moindres carrés, permettent de localiser avec précision les principales défaillances des CSI, tandis que les méthodes basées sur des données, comme le filtre de Kalman étendu (EKF) ou l'observateur de Luenberger, peuvent également constituer des moyens efficaces pour la détection des CSI.

L'incendie de Tesla à Bouldercombe concernait des Megapacks - de grandes unités de stockage d'énergie au lithium-ion utilisées pour stabiliser et prévenir les pannes sur le réseau. Leur but était de remplacer les combustibles fossiles, avec une capacité de stockage d'électricité de 3 mégawattheures par mégapack pouvant être stockée dans des conditions de pression normales ; cependant, même sans pression, ils sont susceptibles de provoquer des courts-circuits et des emballements thermiques.

Emballement thermique

Les piles au lithium peuvent être sûres lorsqu'elles sont utilisées dans certaines limites de température, mais lorsqu'elles sortent de ces limites, elles peuvent rapidement entrer en mode d'emballement thermique - une réaction en chaîne irréversible qui génère des températures élevées et des gaz toxiques - ce qui rend les incendies de piles au lithium difficiles à éteindre et crée des risques sérieux pour les personnes et les biens dans leur environnement immédiat.

La production de chaleur peut être le premier signe d'un incendie de batterie au lithium, qu'il soit dû à un abus (dommages physiques, écrasement dans un siège d'avion, surcharge avec un chargeur de qualité inférieure qui ne répond pas aux normes de sécurité) ou à des opérations normales. Lorsque la batterie surchauffe, le séparateur entre la cathode et l'anode commence à fondre, exposant le lithium à l'air et augmentant encore la température. Les réactions chimiques produisent également de la chaleur, ce qui aggrave encore l'augmentation de la température. À un moment donné au cours de ce processus, les températures internes atteignent des seuils critiques où l'électrolyte commence à se décomposer en libérant de grandes quantités d'oxygène hautement inflammable, ce qui conduit à une explosion.

À ce stade, la batterie ne peut plus tenir ensemble et explose ou se consume, libérant divers gaz tels que des hydrocarbures, des vapeurs et des oxydes dont la concentration varie en fonction de la composition chimique de la batterie utilisée et de son état d'emballement thermique.

Les entrepreneurs en protection incendie doivent comprendre les dangers posés par les piles au lithium et s'assurer que les installations qui en stockent de grandes quantités disposent de protections adéquates contre les pannes thermiques et électriques. Une zone réservée au stockage des batteries, une charge uniquement lorsque le système est éteint et un personnel formé à l'entreposage correct de ces marchandises dangereuses contribueront à minimiser les risques d'incendie de batteries.

Blazestack

Lundi soir, une usine de batteries au lithium située près de la capitale sud-coréenne a été la proie d'un violent incendie, vraisemblablement provoqué par l'explosion de batteries. L'incendie a ravagé le deuxième étage de l'usine qui contenait 35 000 piles. Huit personnes ont été blessées et 22 auraient péri, pour la plupart des travailleurs migrants chinois.

Les pompiers ont fait état de 22 morts, dont 18 Chinois et 2 Sud-Coréens, dont la nationalité n'a pas pu être vérifiée dans l'immédiat. Les pompiers ont vu des corps sortis de l'intérieur du bâtiment qui a brûlé pendant 22 heures jusqu'à ce qu'il soit finalement éteint. Un journaliste de Reuters a vu des pompiers sortir des corps tandis que plusieurs centaines d'employés du fabricant de batteries primaires Aricell étaient évacués après 10h30, heure locale, lorsque les responsables des pompiers ont signalé l'incident pour la première fois à 10h30. Les responsables locaux des pompiers ont indiqué que 18 travailleurs chinois et deux travailleurs sud-coréens avaient péri ; 18 travailleurs chinois et deux travailleurs sud-coréens avaient déjà trouvé la mort auparavant. Leurs nationalités ne peuvent pas encore être confirmées dans l'immédiat.

Les experts notent que de nombreux incendies de batteries lithium-ion peuvent être évités si les protocoles appropriés sont respectés. Le respect des recommandations ou de l'approbation du fabricant de la batterie lors du chargement et l'utilisation exclusive de chargeurs agréés contribuent à réduire les risques d'incendie et d'accident. Des inspections régulières et le remplacement des batteries périmées réduisent encore ce risque.

Les experts en incendie soulignent l'importance d'une culture de la sécurité efficace sur le lieu de travail. Un programme de sécurité solide devrait inclure la formation des employés aux risques liés aux piles au lithium, l'obligation de porter des gants de protection lors de leur manipulation et l'inspection de tous les équipements électriques avant leur utilisation. En outre, les systèmes de sécurité doivent comprendre des alarmes incendie qui se déclenchent lorsque des piles sont en cours de chargement, ainsi que des plans de sortie d'urgence au cas où l'une d'entre elles exploserait de manière inattendue.

Bien que ces précautions puissent contribuer à réduire la probabilité d'incendie, il est essentiel de se rappeler que les codes de construction, d'électricité et d'incendie actuels ne tiennent pas compte de l'utilisation croissante des batteries lithium-ion dans diverses applications, des scooters électriques aux automobiles. Cela crée une situation potentiellement risquée si les batteries sont fabriquées à bas prix ou stockées de manière inappropriée - un problème dont est consciente Sue Rezin, sénatrice de l'État de l'Illinois (républicaine représentant une région proche du centre chimique et énergétique de Chicago, au sud-ouest). Elle a plaidé en faveur d'une nouvelle réglementation qui exigerait que les batteries lithium-ion portent des étiquettes d'avertissement et soient stockées dans des conteneurs ignifugés spéciaux, ce à quoi elle croit fermement.