Lítiové batérie napájajú celý rad zariadení a výrobkov, pričom poskytujú niekoľkohodinovú výdrž a sú zároveň tenké a prenosné. Bohužiaľ, vďaka týmto horľavým materiálom sú tieto batérie náchylné na vznik požiarov.
Ak sa jedna bunka prehreje, môže to vyvolať reťazovú reakciu, pri ktorej sa všetky ostatné bunky zahrejú a explodujú – tento jav sa nazýva tepelné vymknutie.
Prehriatie
Lítiové batérie čerpajú energiu z chemických reakcií medzi katódou a anódou, ktoré sú regulované priepustnou membránou. Ak dôjde k poškodeniu tejto membrány, všetka uložená energia sa môže náhle uvoľniť naraz, čo spôsobí prudký nárast teploty a môže viesť k požiaru alebo výbuchu.
Prehriatie môže byť spôsobené buď skratom, alebo vonkajším poškodením, ku ktorému môže patriť pád, prepichnutie alebo stlačenie batérie; nesprávnym nabíjaním alebo prebitím, ktoré vedú k hromadeniu tepla; prispieť k tomu môžu aj vysoké teploty okolia.
Okrem rizika požiaru môžu lítiové batérie, u ktorých dôjde k tepelnej nekontrolovateľnosti, produkovať toxické plyny, ktoré sú horľavé aj výbušné, ak uniknú zo svojich puzdier a uvoľnia sa v bezprostrednej blízkosti, čím môžu spôsobiť značné škody ľuďom a zariadeniam v okolí.
Tepelný únik je jednou z hlavných príčin požiarov lítiových batérií v lietadlách a iných komerčných vozidlách. Keď tento typ požiaru vypukne, poškodený skrat spôsobuje prehriatie; s narastajúcim množstvom tepla vo vnútri dochádza k samodeštrukcii, až kým sa batéria buď úplne neroztaví, alebo nedôjde k výbuchu.
Existuje niekoľko opatrení, ktoré môžete prijať, aby ste predišli tepelnej eskalácii. Jedným zo spôsobov je rozpoznanie varovných príznakov, ako je nezvyčajné teplo, dym alebo zápach z batérií, ktoré sa chystajú zlyhať – nezvyčajné teplo, dym alebo zápach z batérií môžu naznačovať bezprostredné zlyhanie – napríklad nezvyčajné teplo, dym alebo zápach z batérií počas vybíjania, ako aj ich opuchnutie alebo zápach po spálenine. Ak sa tieto varovné príznaky vyskytnú na akomkoľvek zariadení, ktoré vlastníte alebo ku ktorému máte prístup, nepokúšajte sa oheň hasiť halónom ani vodou; najskôr podniknite kroky na jeho ochladenie, než oheň uhasíte halónom alebo vodou, pretože tieto kroky by pravdepodobne spôsobili nenapraviteľné poškodenie.
Požiare lítiových batérií sa môžu rýchlo šíriť, preto je mimoriadne dôležité, aby akékoľvek zariadenie, z ktorého vychádza oheň, zostalo na mieste, kým oheň úplne neuhasne. Z tohto dôvodu by mali byť na palube lietadla k dispozícii ochranné vrecká na batérie značky AvSax určené na použitie v núdzových situáciách súvisiacich s osobnými elektronickými zariadeniami napájanými lítiovými batériami a členovia posádky by mali prejsť školením o tom, ako postupovať v takýchto situáciách, ak by k incidentu došlo.
Vnútorné skratovanie
Požiare lítiových batérií sú často spôsobené skratmi v samotnej batérii, ktoré sú zvyčajne dôsledkom nežiaducich chemických reakcií alebo jej fyzického poškodenia. Prebíjanie alebo mechanické poškodenie môže spôsobiť vznik lítiových dendritov, ktoré preniknú cez separátor medzi anódou a katódou a spôsobia skrat, čo nakoniec vedie k tepelnej nekontrolovateľnej reakcii.
Existujú preventívne opatrenia, ktoré je možné prijať na zníženie rizika vnútorných skratov, vrátane keramických membrán a použitia elektrolytu na báze iónovej kvapaliny alebo materiálu na báze maleimidového oligoméru, ako je napríklad maleimid. Okrem toho by mali byť batérie navrhnuté tak, aby odolávali hromadeniu tepla, ako aj akýmkoľvek reakciám medzi kladnými a zápornými elektródami; tým sa zníži riziko skratu, ako aj problémy s tepelným únikom a horením.
Kľúčom k prevencii vnútorného skratu (ISC) je kvalita konštrukcie batérie. Katódové a anódové elektródy sú oddelené komponentom známym ako separátor, ktorý sa môže poškodiť v dôsledku nesprávnych výrobných postupov alebo prevádzkových podmienok odlišných od nominálnych, čo vedie k vnútorným skratom, ktoré môžu nakoniec spôsobiť tepelné vymknutie.
Účinným spôsobom prevencie ISC je použitie lítium-iónového akumulátora so zabudovaným ochranným systémom, ktorý je schopný detekovať a odstraňovať chyby vo svojom systéme. Okrem toho by tento akumulátor mal byť vybavený vysoko kvalitným vodivým separátorom, ktorý odolá vibráciám a mechanickému namáhaniu a zároveň je riadne utesnený proti vniknutiu vlhkosti a iným formám znečistenia.
Existuje mnoho metód na detekciu porúch ISC, pričom na presnú detekciu závažných porúch ISC sú k dispozícii ako prístupy založené na modeloch, tak aj prístupy založené na údajoch. Prístupy založené na modeloch, ako je modelovanie konzistencie batérie alebo metódy odhadu metódou najmenších štvorcov, dokážu presne identifikovať závažné poruchy ISC; zatiaľ čo metódy založené na údajoch, ako je rozšírený Kalmanov filter (EKF) alebo Luenbergerov pozorovateľ, môžu tiež poskytovať účinné prostriedky na detekciu ISC.
Pri požiari v Bouldercombe, ktorý postihol spoločnosť Tesla, išlo o zariadenia Megapack – veľké lítium-iónové akumulátory slúžiace na stabilizáciu a prevenciu výpadkov v elektrickej sieti. Ich účelom bolo nahradiť fosílne palivá, pričom každý megapack má kapacitu na ukladanie 3 megawatthodín elektrickej energie za normálnych tlakových podmienok; avšak aj bez pôsobenia tlaku sú náchylné na skraty a tepelné preťaženie.
Tepelný únik
Lítiové batérie môžu byť bezpečné, ak sa používajú v určitom teplotnom rozsahu; ak sa však používajú mimo týchto hraníc, môžu rýchlo prejsť do stavu tepelného úniku – nevratnej reťazovej reakcie, pri ktorej vznikajú vysoké teploty a toxické plyny –, čo spôsobuje, že požiare lítiových batérií sa ťažko hasia a predstavujú vážne riziko pre ľudí a majetok v ich bezprostrednom okolí.
Vytváranie tepla môže byť prvým príznakom požiaru lítiovej batérie, či už v dôsledku nesprávneho používania (fyzické poškodenie, stlačenie v sedadle lietadla, prebitie nekvalitnou nabíjačkou, ktorá nespĺňa bezpečnostné normy), alebo pri bežnej prevádzke. Keď sa batéria prehreje, jej separátor medzi katódou a anódou sa začne topiť, čím sa lítium dostane do kontaktu so vzduchom a teplota sa ešte viac zvýši. Chemické reakcie tiež produkujú ďalšie teplo, čím ešte viac zhoršujú nárast teploty. V určitom bode tohto procesu vnútorné teploty dosiahnu kritické prahové hodnoty, pri ktorých sa elektrolyt začne rozkladať a uvoľňuje veľké množstvo kyslíka, ktorý je vysoko horľavý – to vedie k výbuchu.
V tejto fáze už batéria nedokáže udržať svoju celistvosť a buď exploduje, alebo sa vznieti, pričom uvoľňuje rôzne plyny, ako sú uhľovodíky, výpary a oxidy, ktorých koncentrácia sa líši v závislosti od použitého chemického zloženia batérie a jej stavu tepelného úniku.
Dodávatelia protipožiarnych systémov musia pochopiť nebezpečenstvá, ktoré predstavujú lítiové batérie, a zabezpečiť, aby zariadenia, v ktorých sa skladujú veľké množstvá týchto batérií, disponovali primeranými bezpečnostnými opatreniami proti tepelným a elektrickým poruchám. Vyhradený priestor na skladovanie batérií, nabíjanie iba pri vypnutom systéme a personál vyškolený v správnom skladovaní týchto nebezpečných látok pomôžu minimalizovať riziko požiarov spôsobených batériami.
Blazestack
V pondelok večer vypukol v továrni na lítiové batérie neďaleko hlavného mesta Južnej Kórey silný požiar, ktorý pravdepodobne spôsobil výbuch batérií. Oheň zničil druhé poschodie továrne, kde sa nachádzalo 35 000 článkov; osem ľudí utrpelo zranenia, pričom sa predpokladá, že 22 ľudí zahynulo – prevažne čínski migrujúci pracovníci.
Hasičské zložky informovali, že zahynulo 22 pracovníkov, z toho 18 Číňanov a 2 Juhokórejčania; ich štátnu príslušnosť však nebolo možné okamžite overiť. Hasiči videli, ako ich kolegovia vynášali telá z vnútra budovy, ktorá horela 22 hodín, kým sa podarilo požiar definitívne uhasiť. Reportér agentúry Reuters bol svedkom toho, ako hasiči vynášali telá, zatiaľ čo niekoľko stoviek zamestnancov hlavného výrobcu batérií Aricell bolo evakuovaných po 10:30 miestneho času, keď hasiči prvýkrát nahlásili požiar, ako bolo uvedené o 10:30. Miestni hasiči uviedli, že zahynulo 18 čínskych a dvaja juhokórejskí pracovníci; 18 čínskych pracovníkov a dvaja juhokórejskí pracovníci už predtým zahynuli. Ich národnosť zatiaľ nie je možné okamžite potvrdiť.
Odborníci poukazujú na to, že mnohým požiarom lítium-iónových batérií je možné predísť, ak sa dodržiavajú správne postupy. Dodržiavanie odporúčaní výrobcu batérie alebo jeho schválenia pri nabíjaní a používanie výlučne schválených nabíjačiek pomôže znížiť riziko požiarov a nehôd. Pravidelné kontroly, ako aj výmena batérií, ktorých životnosť už vypršala, toto riziko ešte viac znižujú.
Odborníci na požiarovú bezpečnosť zdôrazňujú význam existencie účinnej kultúry bezpečnosti na každom pracovisku. Solídny bezpečnostný program by mal zahŕňať školenie zamestnancov o rizikách spojených s lítiovými batériami, povinné nosenie ochranných rukavíc pri manipulácii s nimi a kontrolu všetkých elektrických zariadení pred ich použitím. Okrem toho by bezpečnostné systémy mali zahŕňať požiarne poplachy, ktoré sa aktivujú počas nabíjania batérií, ako aj plány úniku v prípade, že by niektorá z nich neočakávane explodovala.
Hoci tieto preventívne opatrenia môžu pomôcť znížiť pravdepodobnosť vzniku požiarov, je dôležité mať na pamäti, že súčasné stavebné, elektrotechnické a protipožiarne predpisy nezohľadňujú rastúce využívanie lítium-iónových batérií v rôznych oblastiach, od elektrických kolobežiek až po automobily. To vytvára potenciálne rizikovú situáciu, ak sú batérie lacno vyrobené alebo nesprávne skladované – čo si uvedomuje aj senátorka štátu Illinois Sue Rezinová (republikánka zastupujúca oblasť v blízkosti chemického a energetického centra juhozápadne od Chicaga). Zasadzuje sa za nové nariadenia, ktoré by vyžadovali, aby boli lítium-iónové batérie označené varovnými štítkami a skladované v špeciálnych ohnivzdorných kontajneroch – čo je niečo, o čom je pevne presvedčená.