Пожары литиевых батарей

Литиевые батареи можно найти во многих потребительских устройствах, что позволяет производителям встраивать их в тонкие изделия на несколько часов. Но они также представляют опасность возгорания в случае повреждения или неправильного использования.

Пожары литиевых батарей могут быть сложными и опасными для пожарных, поэтому Департамент пожарной охраны выпустил контрольный список для помощи пожарным следователям.

Короткие замыкания

Одной из основных причин возгорания литиевых батарей является короткое замыкание. Короткое замыкание происходит, когда электрический ток проходит через батарею по непредусмотренному пути, который короче, чем должен быть, что приводит к избытку энергии, которая затем переполняет ее элементы, создавая ионы металла, которые в конечном итоге превышают емкость внутренних элементов и выливаются в окружающую среду, выделяя тепло и производя горючие газы, которые воспламеняют огонь.

Еще одной ключевой причиной возгорания литиевых батарей является их тепловой выход из строя. Это происходит, когда тепло, выделяемое батареей, преобразуется в цепную реакцию, приводящую к ее взрыву, обычно из-за микроскопических частиц металла, соприкасающихся с различными деталями и выделяющих тепло, что приводит к перегреву и выделению горючих газов из элементов.

Зарядка литиевых батарей заключается в перемещении ионов от катода к аноду через электролит. Это движение необходимо для правильной работы батареи, но может быть опасным, если его прервать; поэтому очень важно заряжать батареи в изолированном помещении, вдали от потенциальных источников тепла.

Выделение кислорода также является одной из основных причин возгорания литиевых батарей: нагретые аноды и катоды выделяют газообразный кислород, который может выходить через случайные проколы корпуса батареи или химические реакции, приводящие к внутреннему короткому замыканию в элементах.

Пожар литиевых батарей трудно потушить, поэтому лучше всего оставить их гореть в безопасном месте. Вода не поможет, так как она разжигает пламя, образуя токсичный водородный газ; лучше использовать пенные огнетушители или сухие химикаты ABC, такие как медный порошок, сода или графит.

Термическое разрушение

Литиевые батареи рассчитаны на работу в определенном температурном диапазоне. Однако, когда они превышают этот предел, может начаться серия реакций, известных как тепловой разгон, в результате которого образуются горючие газы и возникает пожар - одна из причин, по которой пожар в литиевой батарее трудно потушить; огнетушители на водной основе служат только для охлаждения, а литий-ионные гелевые огнетушители должны использоваться немедленно, как только батарея раскаляется, иначе она может раскалиться через несколько дней или часов.

Тепловой разгон литиевых батарей может происходить по разным причинам, включая внутренние короткие замыкания, литиевое покрытие (образование металлического лития на поверхности анода внутри элемента батареи), механические повреждения, такие как прокол или падение, перезарядка, переразрядка или внешние источники тепла; в редких случаях литий-ионная батарея может перейти в тепловой разгон без видимой причины - это называется тепловым разгоном с отложенным зажиганием.

Теплового удара можно избежать, снизив температуру батареи, работая в пределах указанного температурного диапазона и используя безопасные процедуры зарядки. Кроме того, батареи следует держать вдали от источников тепла и отсоединять, когда они не используются.

Исследователи из нового исследования пролили свет на причины теплового разгона литиевых батарей, изучив различные факторы, способствующие этому, такие как выбор материала корпуса батареи и размер ячеек; статистические регрессионные модели для выделения энергии при тепловом разгоне также были включены в этот исследовательский проект, предоставляя производителям, создателям EV и органам безопасности ценную информацию о том, как они могут предотвратить такие разгоны в будущих батареях.

Выработка кислорода

Тепловой разгон происходит, когда в элементах батареи вместо электрохимических реакций происходят внутренние химические реакции, в результате которых выделяется тепло и токсичные, легковоспламеняющиеся газы. По мере повышения температуры и выделения тепла экзотермические реакции ускоряются и выделяют еще больше газа; в конце концов эта смесь дефлагрирует в белое парообразное облако токсичного горючего газа, который смешивается с кислородом и воспламеняет соседние элементы, что может запустить цепную реакцию, которая распространится и уничтожит все литиевые батареи в самолете, автомобиле или устройстве.

Пожары на литиевых батареях могут быть редкими, но все же они могут вызвать значительные нарушения в работе и с ними трудно справиться. Одним из методов тушения таких пожаров является использование охлаждающих средств в жидкой или твердой форме - в том числе порошкообразного графита, который плавится при определенных температурах, образуя непроницаемое покрывало над огнем; а жидкие охлаждающие средства включают воду, а также специальные нереактивные жидкости, такие как 3M Novec line, которые содержат потенциально опасные химические вещества PFAS, угрожающие здоровью человека.

Когда начинается пожар в аккумуляторе, скорость его горения зависит как от потребляемого кислорода, так и от тепла, выделяемого при внутреннем производстве угарного газа (CO). Коррекция на CO в калориметрии потребления кислорода устраняет этот эффект, но может давать систематические ошибки до 10%; при интерпретации результатов испытаний батарей на возгорание важно учитывать эти ошибки; однако они обычно компенсируются общими неопределенностями калориметрии потребления кислорода и предположениями относительно коэффициента E для газов батарей; поэтому общее тепловыделение батарей может быть недооценено примерно на 2 кДж/Вт-ч.

Чрезмерная жара

Пожары от литиевых батарей могут быть интенсивными и трудно тушимыми, что может привести к значительному материальному ущербу, а также к выделению токсичных газов, представляющих серьезную угрозу для здоровья людей. Поэтому крайне важно как можно раньше предотвращать возгорания литиевых батарей на рабочих местах.

Первый шаг к предотвращению возгорания аккумулятора - распознавание предупреждающих признаков. К ним относятся необычный нагрев, шум, запах или вздутие, которые могут указывать на приближающийся тепловой выход из строя или короткое замыкание, и их следует немедленно устранить, чтобы предотвратить пожар.

Литий-ионные батареи стали одним из наиболее распространенных решений для хранения энергии как в быту, так и в промышленности, обеспечивая мощные портативные источники питания для самых разных устройств - от сотовых телефонов до электромобилей. Хотя литий-ионные батареи обеспечивают множество преимуществ, неправильное обращение или хранение может оказаться фатальным.

Чтобы обеспечить сохранность литиевых батарей, лучше избегать грубого обращения с ними. Падение батареи может повредить ее внутренние компоненты, что может привести к короткому замыканию или тепловому выходу из строя. По мере старения литиевых батарей и более частых циклов при высоких температурах их восприимчивость к механическим повреждениям увеличивается с возрастом, частотой циклов и повышенными температурами.

Повреждению аккумуляторов также способствуют экстремальные условия окружающей среды. Под воздействием дождя, соленого воздуха или влажности батареи могут быстро терять заряд и перегреваться, что приводит к тепловому удару и выбросу пламени.

Возгорания литий-ионных аккумуляторов бывает трудно потушить. Традиционные огнетушители на водной основе часто не могут полностью потушить такой пожар, и он нередко разгорается вновь спустя несколько часов или дней; однако существуют специальные огнетушители для литий-ионных аккумуляторов.

Blazestack

Пожары литиевых батарей происходят все чаще и представляют все большую угрозу для общественной безопасности, затрудняя тушение и приводя к значительному материальному ущербу. Большинство возгораний литиевых батарей происходит из-за теплового удара, который возникает при перегреве батарей; другие возгорания могут возникать из-за физических повреждений или проблем с зарядкой; при наличии соответствующих инструментов пожарные могут быстрее выявлять и эффективнее бороться с такими возгораниями.

Пожары литиевых батарей представляют собой одну из самых серьезных угроз для зданий и находящихся в них людей. Они могут быстро распространять огонь, вызывая масштабные структурные повреждения, которые угрожают жизни людей внутри здания. Вот почему так важно информировать людей об опасностях, связанных с перезаряжаемыми батареями.

В последнее время в крупных городах США, таких как Нью-Йорк и Сан-Франциско, значительно увеличилось количество пожаров, связанных с батареями, - более чем в два раза с 2012 года. Хотя большинство из них не приводят к травмам или смертельному исходу, многие из них могут нанести значительный ущерб как коммерческой недвижимости, так и жилым домам.

Однако существует множество способов предотвратить возгорание литиевых батарей, включая их правильное хранение и обслуживание. Кроме того, рекомендуется держать металлические предметы и воду подальше, а использование огнеупорных контейнеров при хранении литиевых батарей также должно считаться наилучшей практикой.

Физические повреждения и короткие замыкания - два распространенных источника пожаров в батареях. Поломка или перегрев батареи могут вызвать тепловой отказ - экстремальную химическую реакцию, при которой острые литиевые иглы проникают в сепараторные элементы и вызывают внутреннее короткое замыкание; растрескивание корпуса батареи позволяет легковоспламеняющимся электролитам контактировать с воздухом или источниками тепла и воспламеняться.