Litiumbatterier finnes i mange forbrukerprodukter, noe som gjør det mulig for produsentene å få flere timers batterilevetid inn i slanke produkter. Men de utgjør også en brannfare hvis de blir skadet eller brukes feil.
Branner forårsaket av litiumbatterier kan være vanskelige og farlige for brannmannskapene å bekjempe, og derfor har Brannvesenet utgitt en sjekkliste for å hjelpe brannetterforskerne.
Kortslutninger
En av hovedårsakene til branner i litiumbatterier er kortslutning. En kortslutning oppstår når elektrisk strøm tar en utilsiktet kortere vei gjennom batteriet enn den burde, noe som fører til et overskudd av energi som deretter strømmer over i cellene, og danner metallioner som til slutt overskrider kapasiteten til de indre cellene og strømmer ut i omgivelsene, hvor de avgir varme og produserer brennbare gasser som antenner branner.
Termisk løpskhet er en annen viktig årsak til branner i litiumbatterier. Dette skjer når varmen som genereres i batteriet utløser kjedereaksjoner som fører til at det eksploderer, vanligvis ved at mikroskopiske metallpartikler kommer i kontakt med ulike deler og skaper varme, noe som fører til overoppheting og utslipp av brennbare gasser fra cellene.
Når man lader litiumbatterier, skjer det en bevegelse av ioner fra katoden til anoden gjennom elektrolytten. Denne bevegelsen er nødvendig for at batteriet skal fungere som det skal, men kan være farlig hvis den avbrytes; derfor er det avgjørende at batteriene lades i et isolert rom, langt unna potensielle varmekilder.
Oksygenproduksjon er også en av hovedårsakene til branner i litiumbatterier, da oppvarmede anoder og katoder produserer oksygengass som kan slippe ut ved utilsiktet punktering av batterihuset eller gjennom kjemiske reaksjoner som fører til interne kortslutninger i cellene.
Branner i litiumbatterier kan være vanskelige å slukke, og det er best å la dem brenne ut på et sikkert sted. Vann alene er ikke nok, siden det gir næring til flammene og samtidig danner giftig hydrogen; det er derfor klokere å bruke skumbaserte brannslukningsapparater eller ABC-tørrpulver, for eksempel kobberpulver, natron eller grafitt, som alternativer.
Termisk løpskhet
Litiumbatterier er konstruert for å fungere innenfor et bestemt temperaturområde. Når de overskrider denne grensen, kan det imidlertid oppstå en rekke reaksjoner kjent som «termisk løpskhet», som genererer brennbare gasser og brann – en av grunnene til at branner i litiumbatterier er notorisk vanskelige å slukke; Vannbaserte brannslukningsapparater tjener kun til å kjøle ned batteriet, mens litium-ion-gel-brannslukningsapparater må brukes umiddelbart så snart batteriet antennes på nytt, ellers kan det antennes på nytt dager eller timer senere.
Termisk løpskhet kan oppstå av ulike årsaker når det gjelder litiumbatterier, blant annet på grunn av interne kortslutninger, litiumplatering (dannelse av metallisk litium på anodeoverflaten i en battericelle), mekaniske skader som punktering eller fall, overlading, overutlading eller eksterne varmekilder; i sjeldne tilfeller kan et litium-ion-batteri gå inn i termisk løpskhet uten noen åpenbar årsak – kjent som termisk løpskhet med forsinket antennelse.
Termisk løpskhet kan unngås ved å senke batteriets temperatur, holde seg innenfor det angitte temperaturområdet og følge sikre ladeprosedyrer. Videre bør batteriene holdes unna varmekilder og kobles fra når de ikke er i bruk.
Forskere bak en ny studie har kastet nytt lys over hva som forårsaker termisk løpskhet i litiumbatterier, ved å undersøke ulike faktorer som bidrar til dette, for eksempel valg av materiale til batterihuset og cellestørrelse; Statistiske regresjonsmodeller for energifrigjøring under termisk løpskhet ble også inkludert i dette forskningsprosjektet, noe som gir produsenter, elbilprodusenter og sikkerhetsmyndigheter verdifull innsikt i hvordan de kan forhindre slike løpskheter i fremtidige batterier.
Oksygenproduksjon
Termisk løpskhet oppstår når battericellene gjennomgår interne kjemiske reaksjoner i stedet for elektrokjemiske, noe som fører til varmeutvikling og dannelse av giftige, brannfarlige gasser. Når temperaturen stiger og genererer mer varme, akselererer de eksotermiske reaksjonene ytterligere og produserer enda mer gass; til slutt eksploderer denne blandingen i en hvit dampsky av giftig, brennbar gass som blandes med oksygen før den antenner nærliggende celler – noe som potensielt kan utløse en kjedereaksjon som sprer seg og ødelegger alle litiumbatterier i et fly, kjøretøy eller en enhet.
Branner i litiumbatterier er kanskje sjeldne, men de kan likevel forårsake betydelige forstyrrelser og være vanskelige å håndtere. En metode for å slukke disse brannene er å bruke kjølemidler i flytende eller fast form – blant annet grafittpulver som smelter ved bestemte temperaturer og danner et tett teppe over brannen; mens flytende kjølemidler inkluderer vann samt spesialutviklede, ikke-reaktive væsker som 3M Novec-serien, som inneholder potensielt farlige PFAS-kjemikalier som utgjør en trussel mot menneskers helse.
Når en batteribrann bryter ut, avhenger forbrenningshastigheten både av oksygenforbruket og av varmen som genereres ved intern produksjon av karbonmonoksid (CO). CO-korreksjon ved oksygenforbrukskalorimetri eliminerer denne effekten, men kan gi systematiske feil på opptil 10%; når man tolker resultater fra batteribrannforsøk, er det viktig å ta hensyn til disse feilene; de oppveies imidlertid vanligvis av generelle usikkerheter ved oksygenforbrukskalorimetri og antakelser om E-faktoren for batterigasser; Derfor kan den totale varmeavgivelsen fra batterier bli undervurdert med omtrent 2 kJ/Wh.
Ekstrem varme
Branner forårsaket av litiumbatterier kan være svært intense og vanskelige å slukke, noe som kan føre til betydelige materielle skader samt utslipp av giftige gasser som utgjør en alvorlig trussel mot menneskers helse. Det er derfor avgjørende at branner forårsaket av litiumbatterier forebygges på arbeidsplasser så tidlig som mulig.
Det første trinnet for å forhindre batteribranner er å gjenkjenne advarselstegn. Disse omfatter uvanlig varme, støy, lukt eller oppsvelling, som kan tyde på at det er fare for termisk løpskhet eller kortslutning, og det bør iverksettes umiddelbare tiltak for å forhindre brann.
Litium-ion-batterier har blitt en av de mest utbredte energilagringsløsningene både for forbrukere og i industrien, og gir kraftige, bærbare strømløsninger til enheter som spenner fra mobiltelefoner til elektriske kjøretøy. Selv om litium-ion-batterier har mange fordeler, kan feil håndtering eller lagring vise seg å være livsfarlig.
For å sikre sikker oppbevaring av litiumbatterier bør man unngå grov håndtering. Hvis et batteri faller ned, kan det føre til skade på de indre komponentene, noe som potensielt kan føre til kortslutning eller termisk løpskhet. Etter hvert som litiumbatterier eldes og lades og tømmes oftere ved høyere temperaturer, øker deres følsomhet for mekanisk skade i takt med alder, ladningsfrekvens og høyere temperaturer.
Batterier er også utsatt for skader ved ekstreme miljøforhold. Når de utsettes for regn, salt luft eller fuktige forhold, kan batteriene miste ladningen raskt og overopphetes, noe som kan føre til termisk løpskhet og utblåsning med flammer.
Branner i litium-ion-batterier kan være vanskelige å slukke. Vanlige vannbaserte brannslukningsapparater klarer ofte ikke å slukke disse brannene fullstendig, og de blusser ofte opp igjen flere timer eller dager senere; det finnes imidlertid spesielle brannslukningsapparater for litium-ion-batterier.
Blazestack
Branner i litiumbatterier har blitt hyppigere og utgjør en stadig større trussel mot den offentlige sikkerheten, noe som gjør slukningsarbeidet vanskelig og fører til betydelige materielle skader. De fleste branner i litiumbatterier skyldes termisk løpskhet, som oppstår når batteriene blir overopphetet; andre kan oppstå på grunn av fysiske skader eller problemer med lading; med riktig utstyr til rådighet kan brannmannskapene raskere identifisere og håndtere slike branner på en mer effektiv måte.
Branner forårsaket av litiumbatterier utgjør en av de største truslene mot bygninger og menneskene som oppholder seg der. De kan raskt føre til branner som forårsaker omfattende skader på bygningskonstruksjonen og utgjør en livsfare for de som befinner seg inne. Derfor er det av avgjørende betydning at vi informerer folk om farene knyttet til oppladbare batterier.
I det siste har antallet batterirelaterte branner økt betydelig i store byer i USA, som New York og San Francisco – antallet har mer enn doblet seg siden 2012. Selv om de fleste ikke fører til personskader eller dødsfall, kan mange av dem forårsake betydelig skade på både næringsbygg og boliger.
Det finnes imidlertid flere strategier for å forhindre brann i litiumbatterier, blant annet riktig oppbevaring og vedlikehold av dem. Videre anbefales det å holde metallgjenstander og vann unna, og bruk av brannsikre beholdere ved oppbevaring av litiumbatterier bør også betraktes som en god praksis.
Fysiske skader og elektriske kortslutninger er to vanlige årsaker til batteribranner. Batterisvikt eller overoppheting kan utløse termisk løpskhet, en ekstrem kjemisk reaksjon der skarpe litiumnåler trenger gjennom separatorcellene og forårsaker interne kortslutninger; når batterihusets skall sprekker, kommer brennbare elektrolytter i kontakt med luft eller varmekilder og antennes.