Incêndios em baterias de lítio

As baterias de lítio podem ser encontradas em muitos dispositivos de consumo, permitindo que os fabricantes tenham horas de vida útil da bateria em produtos finos. Mas elas também representam um risco de incêndio se forem danificadas ou usadas de forma inadequada.

Incêndios com baterias de lítio podem ser difíceis e perigosos para os bombeiros combaterem, por isso o Departamento de Serviços de Incêndio divulgou uma lista de verificação para ajudar os investigadores de incêndio.

Curto-circuitos

Uma das principais causas de incêndios em baterias de lítio é um curto-circuito. Um curto-circuito ocorre quando a corrente elétrica percorre um caminho mais curto do que deveria em uma bateria, levando a um excesso de energia que transborda pelas células, criando íons metálicos que acabam excedendo a capacidade das células internas e se espalham pelo ambiente, produzindo calor e gases inflamáveis que provocam incêndios.

A fuga térmica é outra causa importante de incêndios em baterias de lítio. Isso ocorre quando o calor gerado pela bateria é convertido em reações em cadeia que levam à sua explosão, normalmente por meio de partículas microscópicas de metal que entram em contato com diferentes partes e criam calor, levando ao superaquecimento e à liberação de gases inflamáveis das células.

O carregamento de baterias de lítio envolve a movimentação de íons do cátodo para o ânodo por meio de seu eletrólito. Esse movimento é necessário para seu funcionamento adequado, mas pode ser perigoso se for interrompido; por isso, é fundamental que elas sejam carregadas em um espaço isolado, longe de possíveis fontes de calor.

A produção de oxigênio também é uma das principais causas de incêndios em baterias de lítio, com ânodos e cátodos aquecidos produzindo gás oxigênio que pode escapar por meio de perfuração acidental da caixa da bateria ou reações químicas que levam a curtos-circuitos internos nas células.

Os incêndios em baterias de lítio podem ser difíceis de apagar, e é melhor deixá-las queimar em uma área segura. A água, por si só, não resolve o problema, pois ela alimenta as chamas e cria gás hidrogênio tóxico; em vez disso, seria mais sensato usar extintores à base de espuma ou produtos químicos secos ABC, como pó de cobre, refrigerante ou grafite como soluções.

Fuga térmica

As baterias de lítio são projetadas para operar em uma faixa de temperatura específica. No entanto, quando excedem esse limite, pode ser iniciada uma série de reações conhecidas como fuga térmica, que gera gases inflamáveis e fogo - uma das razões pelas quais os incêndios em baterias de lítio são notoriamente difíceis de apagar; os extintores à base de água servem apenas para resfriá-las, enquanto os extintores de gel de íon-lítio devem ser usados imediatamente assim que a bateria reacende ou podem reacender dias ou horas depois.

A fuga térmica pode ocorrer por vários motivos quando se trata de baterias de lítio, incluindo curtos-circuitos internos, revestimento de lítio (a formação de lítio metálico em uma superfície anódica dentro de uma célula de bateria), danos mecânicos como perfuração ou queda, sobrecarga, descarga excessiva ou fontes externas de calor excessivo; em casos raros, uma bateria de íons de lítio pode entrar em fuga térmica sem uma causa aparente - conhecida como fuga térmica de ignição retardada.

O descontrole térmico pode ser evitado reduzindo a temperatura da bateria, operando dentro da faixa de temperatura especificada e usando procedimentos de carregamento seguros. Além disso, as baterias devem ser mantidas longe de fontes de calor e desconectadas quando não estiverem sendo usadas.

Pesquisadores de um novo estudo esclareceram o que causa a fuga térmica em baterias de lítio, estudando vários fatores que contribuem para isso, como a seleção do material do invólucro da bateria e o tamanho da célula; modelos de regressão estatística para a liberação de energia durante a fuga térmica também foram incluídos nesse projeto de pesquisa, fornecendo aos fabricantes, fabricantes de EVs e autoridades de segurança uma visão valiosa sobre como eles podem evitar essas fugas em baterias futuras.

Geração de oxigênio

A fuga térmica ocorre quando as células da bateria sofrem reações químicas internas em vez de reações eletroquímicas, produzindo calor e gases tóxicos e inflamáveis. À medida que as temperaturas aumentam e geram mais calor, as reações exotérmicas se aceleram ainda mais e produzem ainda mais gás; eventualmente, essa mistura se deflagra em uma nuvem de vapor branco de gás tóxico e inflamável que se mistura com o oxigênio antes de inflamar as células próximas - potencialmente iniciando uma reação em cadeia que se espalha e destrói todas as baterias de lítio dentro de uma aeronave, veículo ou dispositivo.

Incêndios em baterias de lítio podem ser raros, mas ainda assim podem causar transtornos significativos e ser difíceis de gerenciar. Um método de suprimir esses incêndios é usar agentes de resfriamento na forma líquida ou sólida - incluindo grafite em pó que derrete em determinadas temperaturas para formar uma manta impermeável sobre o fogo; enquanto os agentes de resfriamento líquidos incluem água e fluidos não reativos projetados, como a linha 3M Novec, que contém produtos químicos PFAS potencialmente perigosos que ameaçam a saúde humana.

Quando o fogo de uma bateria começa, sua taxa de combustão depende tanto do oxigênio consumido quanto do calor gerado pela produção interna de monóxido de carbono (CO). A correção de CO para a calorimetria do consumo de oxigênio elimina esse efeito, mas pode produzir erros sistemáticos de até 10%; ao interpretar os resultados dos testes de incêndio de baterias, é importante levar esses erros em consideração; no entanto, eles são normalmente compensados pelas incertezas gerais da calorimetria do consumo de oxigênio e pelas suposições relativas ao fator E dos gases da bateria; portanto, a liberação total de calor das baterias pode ser subestimada em aproximadamente 2kJ/Wh.

Calor excessivo

Os incêndios de baterias de lítio podem ser intensos e difíceis de extinguir, podendo resultar em danos significativos à propriedade, bem como na liberação de gases tóxicos que representam sérias ameaças à saúde humana. Por isso, é fundamental que os incêndios em baterias de lítio sejam evitados nos locais de trabalho o mais cedo possível.

A primeira etapa para evitar incêndios em baterias é reconhecer os sinais de alerta. Eles incluem calor, ruído, odor ou inchaço incomuns que podem indicar fuga térmica iminente ou curto-circuito e devem ser tomados imediatamente para evitar incêndios.

As baterias de íon-lítio se tornaram uma das soluções de armazenamento de energia mais amplamente utilizadas, tanto para o consumidor quanto para o setor industrial, fornecendo soluções potentes de energia portátil para dispositivos que variam de telefones celulares a veículos elétricos. Embora as baterias de íon-lítio ofereçam muitos benefícios, o manuseio ou o armazenamento inadequados podem ser fatais.

Para garantir a segurança das baterias de lítio, é melhor evitar o manuseio inadequado. Deixar cair uma bateria pode danificar seus componentes internos, podendo causar curto-circuito elétrico ou fuga térmica. À medida que as baterias de lítio envelhecem e passam por ciclos mais frequentes em temperaturas mais altas, sua suscetibilidade a danos mecânicos aumenta com a idade, a frequência dos ciclos e os níveis elevados de temperatura.

Os danos à bateria também são suscetíveis a condições ambientais extremas. Quando expostas à chuva, ao ar salgado ou a condições de umidade, as baterias podem perder carga rapidamente e superaquecer, resultando em fuga térmica e liberação de chamas.

Os incêndios em baterias de íons de lítio podem ser difíceis de apagar. Os extintores tradicionais à base de água geralmente não conseguem apagar totalmente esses incêndios e eles costumam reacender horas ou dias depois; no entanto, existem extintores especiais para íons de lítio.

Blazestack

Os incêndios em baterias de lítio têm se tornado mais frequentes e representam uma ameaça cada vez maior à segurança pública, dificultando a extinção e causando danos significativos à propriedade. A maioria dos incêndios em baterias de lítio é resultado de fuga térmica, que ocorre quando as baterias ficam superaquecidas; outros podem ocorrer devido a danos físicos ou problemas de carregamento; com as ferramentas adequadas disponíveis, os bombeiros podem identificar mais rapidamente e lidar com esses incêndios de forma mais eficaz.

Os incêndios em baterias de lítio representam uma das maiores ameaças aos edifícios, bem como às pessoas que estão dentro deles. Eles podem espalhar rapidamente incêndios que causam danos estruturais generalizados que ameaçam a vida das pessoas em seu interior. É por isso que é de vital importância educar as pessoas sobre os perigos associados às baterias recarregáveis.

Recentemente, os incêndios relacionados a baterias aumentaram significativamente nas principais cidades dos EUA, como Nova York e São Francisco, mais do que dobrando desde 2012. Embora a maioria não resulte em ferimentos ou fatalidades, muitos podem causar danos substanciais a propriedades comerciais e residências.

No entanto, existem várias estratégias para evitar incêndios em baterias de lítio, incluindo o armazenamento e a manutenção adequados das mesmas. Além disso, é recomendável manter objetos metálicos e água afastados, e o uso de recipientes à prova de fogo ao armazenar baterias de lítio também deve ser considerado uma prática recomendada.

Danos físicos e curtos-circuitos elétricos são duas fontes comuns de incêndios em baterias. A falha ou o superaquecimento da bateria pode desencadear o descontrole térmico, uma reação química extrema em que agulhas de lítio afiadas penetram nas células separadoras e causam curtos-circuitos internos; a quebra do invólucro da bateria permite que eletrólitos inflamáveis entrem em contato com o ar ou com fontes de calor e entrem em combustão.