Incendi di batterie al litio

Le batterie al litio sono presenti in molti dispositivi di consumo e consentono ai produttori di inserire ore di autonomia in prodotti sottili. Ma rappresentano anche un rischio di incendio se danneggiate o utilizzate in modo improprio.

Gli incendi di batterie al litio possono essere difficili e pericolosi da combattere per i vigili del fuoco, quindi il Dipartimento dei servizi antincendio ha pubblicato una lista di controllo per aiutare gli investigatori antincendio.

Cortocircuiti

Una delle cause principali degli incendi delle batterie al litio è il cortocircuito. Un cortocircuito si verifica quando la corrente elettrica percorre un percorso involontariamente più breve del dovuto attraverso una batteria, provocando un eccesso di energia che poi trabocca dalle celle, creando ioni metallici che alla fine superano la capacità delle celle interne e si riversano nell'ambiente circostante, producendo calore e gas infiammabili che innescano gli incendi.

La fuga termica è un'altra causa fondamentale degli incendi delle batterie al litio. Si verifica quando il calore generato dalla batteria viene convertito in reazioni a catena che portano alla sua esplosione, in genere attraverso microscopiche particelle metalliche che entrano in contatto con diverse parti e creano calore, portando al surriscaldamento e al rilascio di gas infiammabili dalle celle.

La carica delle batterie al litio comporta lo spostamento di ioni dal catodo all'anodo attraverso l'elettrolito. Questo movimento è necessario per il suo corretto funzionamento, ma potrebbe essere pericoloso se interrotto; per questo è fondamentale che le batterie siano caricate in uno spazio isolato e lontano da potenziali fonti di calore.

La produzione di ossigeno è anche una delle cause principali degli incendi delle batterie al litio: gli anodi e i catodi riscaldati producono ossigeno gassoso che può fuoriuscire attraverso la perforazione accidentale dell'involucro della batteria o reazioni chimiche che portano a cortocircuiti interni nelle celle.

Gli incendi di batterie al litio possono essere difficili da spegnere ed è meglio lasciarli bruciare in un'area sicura. L'acqua da sola non basta, perché alimenta le fiamme e crea idrogeno gassoso tossico; sarebbe invece più saggio usare estintori a base di schiuma o prodotti chimici secchi ABC come polvere di rame, soda o grafite come soluzioni.

Fuga termica

Le batterie al litio sono progettate per funzionare entro un intervallo di temperatura specifico. Quando superano questo limite, tuttavia, si può innescare una serie di reazioni note come "thermal runaway", che generano gas infiammabili e incendi. Uno dei motivi per cui gli incendi delle batterie al litio sono notoriamente difficili da estinguere; gli estintori a base d'acqua servono solo a raffreddare la batteria, mentre gli estintori a gel agli ioni di litio devono essere utilizzati immediatamente non appena la batteria si riaccende, altrimenti potrebbero riaccendersi giorni o ore dopo.

Il runaway termico può verificarsi per vari motivi quando si tratta di batterie al litio, tra cui cortocircuiti interni, placcatura del litio (la formazione di litio metallico sulla superficie anodica all'interno di una cella della batteria), danni meccanici come forature o cadute, sovraccarico, sovrascarico o fonti di calore in eccesso esterne; in rari casi una batteria agli ioni di litio può andare in runaway termico senza una causa apparente - noto come runaway termico ad accensione ritardata.

La fuga termica può essere evitata riducendo la temperatura della batteria, operando entro l'intervallo di temperatura specificato e utilizzando procedure di carica sicure. Inoltre, le batterie devono essere tenute lontane da fonti di calore e scollegate quando non vengono utilizzate.

I ricercatori di un nuovo studio hanno gettato nuova luce sulle cause della fuga termica nelle batterie al litio, studiando i vari fattori che vi contribuiscono, come la scelta del materiale dell'involucro della batteria e le dimensioni delle celle; in questo progetto di ricerca sono stati inclusi anche modelli di regressione statistica per il rilascio di energia durante la fuga termica, fornendo ai produttori, ai costruttori di veicoli elettrici e alle autorità di sicurezza preziose indicazioni su come prevenire tali fughe nelle batterie future.

Generazione di ossigeno

La fuga termica si verifica quando le celle della batteria subiscono reazioni chimiche interne anziché elettrochimiche, producendo calore e gas tossici e infiammabili. Quando le temperature aumentano e generano più calore, le reazioni esotermiche accelerano ulteriormente e producono ancora più gas; alla fine questa miscela deflagra in una nuvola di vapore bianco di gas tossico e infiammabile che si mescola con l'ossigeno prima di incendiare le celle vicine, innescando potenzialmente una reazione a catena che si diffonde e distrugge tutte le batterie al litio all'interno di un aereo, di un veicolo o di un dispositivo.

Gli incendi di batterie al litio possono essere rari, ma possono comunque causare notevoli disagi ed essere difficili da gestire. Un metodo per spegnere questi incendi è l'uso di agenti refrigeranti in forma liquida o solida, tra cui la grafite in polvere che, a determinate temperature, si scioglie formando una coltre impermeabile sul fuoco; mentre gli agenti refrigeranti liquidi includono l'acqua e i fluidi ingegnerizzati non reattivi come la linea 3M Novec, che contengono sostanze chimiche PFAS potenzialmente pericolose per la salute umana.

Quando si avvia un incendio di una batteria, il suo tasso di combustione dipende sia dall'ossigeno consumato che dal calore generato dalla produzione interna di monossido di carbonio (CO). La correzione del CO per la calorimetria del consumo di ossigeno elimina questo effetto, ma può produrre errori sistematici fino a 10%; quando si interpretano i risultati dei test di incendio delle batterie, è importante tenere conto di questi errori; tuttavia, essi sono tipicamente compensati dalle incertezze generali della calorimetria del consumo di ossigeno e dalle ipotesi relative al fattore E dei gas della batteria; pertanto, il rilascio totale di calore dalle batterie può essere sottostimato di circa 2kJ/Wh.

Calore eccessivo

Gli incendi di batterie al litio possono essere intensi e difficili da estinguere, con potenziali danni significativi alle cose e il rilascio di gas tossici che rappresentano una seria minaccia per la salute umana. Per questo è fondamentale prevenire il prima possibile gli incendi di batterie al litio nei luoghi di lavoro.

Il primo passo per prevenire gli incendi delle batterie è riconoscere i segnali di pericolo. Questi includono calore, rumore, odore o gonfiore insoliti che potrebbero indicare un'imminente fuga termica o un cortocircuito e dovrebbero essere presi immediatamente in considerazione per evitare incendi.

Le batterie agli ioni di litio sono diventate una delle soluzioni di accumulo di energia più utilizzate sia a livello consumer che industriale, fornendo potenti soluzioni di alimentazione portatile a dispositivi che vanno dai telefoni cellulari ai veicoli elettrici. Sebbene le batterie agli ioni di litio offrano molti vantaggi, una gestione o uno stoccaggio improprio potrebbero rivelarsi fatali.

Per garantire la sicurezza delle batterie al litio, è meglio evitare di maneggiarle in modo brusco. Una caduta può danneggiare i componenti interni, causando potenzialmente un cortocircuito elettrico o una fuga termica. Poiché le batterie al litio invecchiano e fanno cicli più frequenti a temperature più elevate, la loro suscettibilità ai danni meccanici aumenta con l'età, la frequenza dei cicli e i livelli di temperatura elevati.

I danni alle batterie sono anche suscettibili di condizioni ambientali estreme. Se esposte alla pioggia, all'aria salata o a condizioni di umidità, le batterie possono perdere rapidamente la carica e surriscaldarsi, provocando un'evasione termica e lo sprigionamento di fiamme.

Gli incendi delle batterie agli ioni di litio possono essere difficili da spegnere. Gli estintori tradizionali a base d'acqua spesso non sono in grado di spegnere completamente questi incendi e spesso si riaccendono ore o giorni dopo; esistono tuttavia estintori speciali per gli ioni di litio.

Blazestack

Gli incendi di batterie al litio sono diventati sempre più frequenti e rappresentano una minaccia sempre maggiore per la sicurezza pubblica, rendendo difficile lo spegnimento e causando ingenti danni alle cose. La maggior parte degli incendi di batterie al litio è causata da una fuga termica, che si verifica quando le batterie si surriscaldano; altri possono verificarsi a causa di danni fisici o problemi di ricarica; con gli strumenti adeguati a disposizione, i vigili del fuoco possono identificare più rapidamente e affrontare questi incendi in modo più efficace.

Gli incendi di batterie al litio rappresentano una delle maggiori minacce per gli edifici e per le persone che vi si trovano. Possono propagare rapidamente incendi che causano danni strutturali diffusi e minacciano le vite all'interno. Per questo motivo è di vitale importanza educare le persone sui pericoli associati alle batterie ricaricabili.

Recentemente, gli incendi legati alle batterie sono aumentati in modo significativo nelle principali città statunitensi, come New York e San Francisco, più che raddoppiando dal 2012. Sebbene la maggior parte di essi non provochi feriti o vittime, molti possono causare danni sostanziali alle proprietà commerciali e alle abitazioni.

Tuttavia, esistono diverse strategie per prevenire gli incendi delle batterie al litio, tra cui la loro corretta conservazione e manutenzione. Inoltre, si consiglia di tenere lontani gli oggetti metallici e l'acqua e di utilizzare contenitori ignifughi quando si conservano le batterie al litio.

I danni fisici e i cortocircuiti elettrici sono due fonti comuni di incendio delle batterie. Il guasto o il surriscaldamento della batteria possono innescare il thermal runaway, una reazione chimica estrema in cui aghi di litio appuntiti penetrano nelle celle del separatore causando cortocircuiti interni; la rottura del guscio della batteria permette agli elettroliti infiammabili di entrare in contatto con l'aria o con fonti di calore e di incendiarsi.