Litijeve baterije napajajo številne naprave in izdelke ter zagotavljajo večurno delovanje, hkrati pa so tanke in prenosne. Na žalost so te baterije zaradi vnetljivih materialov, iz katerih so izdelane, dovzetne za požare.
Če se ena celica pregreje, lahko to sproži verižno reakcijo, v kateri se vse ostale celice segrejejo in eksplodirajo – to pojav imenujemo termični beg.
Pregrevanje
Litijeve baterije pridobivajo energijo s pomočjo kemičnih reakcij med katodno in anodno elektrodo, ki jih nadzira prepustna membrana. Če pride do poškodbe te membrane, se lahko vsa shranjena energija nenadoma sprosti naenkrat, kar povzroči skokovito zvišanje temperature in lahko privede do požara ali eksplozije.
Pregrevanje lahko povzroči kratki stik ali zunanja poškodba, kot so padec, preboditev ali stiskanje akumulatorja; k temu lahko prispevajo tudi nepravilno polnjenje ali prekomerno polnjenje, ki povzročata kopičenje toplote; prav tako lahko k temu prispevajo visoke temperature okolja.
Poleg nevarnosti požara lahko litijeve baterije, pri katerih pride do termičnega beganja, proizvajajo strupene pline, ki so vnetljivi in eksplozivni, če uhajajo iz ohišja in se sproščajo v neposredni bližini, kar predstavlja veliko nevarnost za ljudi in opremo v bližini.
Toplotni beg je eden od glavnih vzrokov za požare litijevih baterij v letalih in drugih komercialnih vozilih. Ko se takšen požar začne, poškodovano kratko stik povzroči pregrevanje; ko se v njem nabira vedno več toplote, pride do samouničenja, dokler se baterija ne stopi v celoti ali eksplodira.
Obstaja več ukrepov, s katerimi lahko preprečite termični beg. Eden od načinov je prepoznavanje opozorilnih znakov, kot so nenavadna vročina, dim ali vonj iz baterij, ki so na robu okvare – nenavadna vročina, dim ali vonj iz baterij lahko nakazujejo neposredno okvaro –, na primer nenavadna vročina, dim ali vonj iz baterij med praznjenjem ter nabrekanje ali vonj po gorenju. Če se ti opozorilni znaki pojavijo na kateri koli napravi, ki jo imate v lasti ali prek katere dostopate do podatkov, prosimo, ne poskušajte gašiti požara s halonom ali vodo; najprej poskrbite za ohladitev naprave, preden gašite požar s halonom ali vodo, saj bi ti ukrepi verjetno povzročili nepopravljivo škodo.
Požari litijevih baterij se lahko hitro širijo, zato je ključnega pomena, da vsaka prizadeta naprava ostane na mestu, dokler se požar v celoti ne umiri. Zato morajo biti na krovu letala na voljo vrečke AvSax za zadrževanje baterij, ki se uporabljajo v nujnih primerih, povezanih z osebnimi elektronskimi napravami na litijevo napajanje, člani posadke pa morajo biti usposobljeni za ravnanje v takšnih situacijah, če pride do incidenta.
Notranji kratki stik
Požari litijevih baterij so pogosto posledica kratkega stika znotraj same baterije, ki je pogosto posledica neželenih kemičnih reakcij ali fizične poškodbe baterije. Prekomerno polnjenje ali mehanska poškodba lahko povzročita nastanek litijevih dendritov, ki prodrejo skozi ločevalnik med anodno in katodno elektrodo ter povzročijo kratki stik, kar na koncu vodi do termičnega beganja.
Obstajajo preventivni ukrepi, s katerimi je mogoče zmanjšati tveganje notranjih kratkih stikov, med drugim uporaba keramičnih membran ter elektrolita na osnovi ionske tekočine ali materiala iz maleimidnega oligomera, kot je maleimid. Poleg tega morajo biti baterije zasnovane tako, da so odporne proti kopičenju toplote ter morebitnim reakcijam med pozitivnimi in negativnimi elektrodami; s tem se zmanjša tveganje kratkega stika ter težave s termičnim begom in vžigom.
Ključnega pomena za preprečevanje notranjih kratkih stikov (ISC) je kakovost zasnove baterije. Katodne in anodne elektrode ločuje element, imenovan separator, ki se lahko poškoduje zaradi neustreznih proizvodnih praks ali delovnih pogojev, ki odstopajo od nominalnih vrednosti, kar vodi do notranjih kratkih stikov, ki lahko na koncu povzročijo termični beg.
Učinkovit način za preprečevanje ISC je uporaba litij-ionske baterijske celice z vgrajenim zaščitnim sistemom, ki je sposoben zaznati in odpraviti napake znotraj svojega sistema. Poleg tega mora ta baterija imeti visokokakovosten prevodni ločevalnik, ki je odporen proti vibracijam in mehanskim obremenitvam ter je ustrezno zatesnjen pred vdorom vlage in drugimi oblikami onesnaženja.
Obstaja veliko metod za odkrivanje napak ISC, pri čemer so na voljo tako pristopi, ki temeljijo na modelih, kot tudi pristopi, ki temeljijo na podatkih, za natančno odkrivanje resnih napak ISC. Pristopi, ki temeljijo na modelih, kot so modeliranje konsistence baterije ali metode ocenjevanja po metodi najmanjših kvadratov, lahko natančno odkrijejo večje napake ISC; medtem ko metode, ki temeljijo na podatkih, kot sta razširjeni Kalmanov filter (EKF) ali Luenbergerjev opazovalec, prav tako zagotavljajo učinkovita sredstva za odkrivanje napak ISC.
Pri požaru v podjetju Tesla v Bouldercombu so bile vpletene naprave »Megapack« – velike litij-ionske enote za shranjevanje energije, ki se uporabljajo za stabilizacijo omrežja in preprečevanje izpadov. Njihov namen je bil nadomestiti fosilna goriva, saj lahko vsak »Megapack« pod normalnimi pogoji tlaka shrani 3 megavatne ure električne energije; vendar so tudi brez tlaka dovzetni za kratke stike in termično beganje.
Temperaturni beg
Litijeve baterije so lahko varne, če se uporabljajo znotraj določenih temperaturnih mej; ko pa se uporabljajo zunaj teh mej, lahko hitro preidejo v stanje termičnega begu – nepovratne verižne reakcije, ki povzroča visoke temperature in nastajanje strupenih plinov –, zaradi česar je požare litijevih baterij težko pogasiti in predstavljajo resno nevarnost za ljudi in premoženje v njihovi neposredni bližini.
Nastajanje toplote je lahko prvi znak požara litijevih baterij, bodisi zaradi nepravilne uporabe (fizična poškodba, stiskanje v letalskem sedežu, prekomerno polnjenje z neprimernim polnilnikom, ki ne izpolnjuje varnostnih standardov) bodisi zaradi običajnega delovanja. Ko se baterija pregreje, se ločevalnik med katodo in anodo začne taliti, s čimer se litij izpostavi zraku in temperatura še dodatno naraste. Kemične reakcije prav tako proizvajajo dodatno toploto, kar še dodatno pospeši dvig temperature. V nekem trenutku med tem procesom notranje temperature dosežejo kritične vrednosti, pri katerih se elektrolit začne razgrajevati in sprošča velike količine kisika, ki je zelo vnetljiv – to vodi do eksplozije.
V tej fazi se baterija ne more več ohraniti v celoti in bodisi eksplodira bodisi zagori, pri čemer se sproščajo različni plini, kot so ogljikovodiki, hlapi in oksidi, katerih koncentracija se razlikuje glede na uporabljeno kemijsko sestavo baterije in njeno stanje termičnega beganja.
Izvajalci protipožarnih ukrepov morajo razumeti nevarnosti, ki jih predstavljajo litijeve baterije, in zagotoviti, da so objekti, v katerih se shranjujejo velike količine teh baterij, ustrezno zaščiteni pred toplotnimi in električnimi okvarami. Poseben prostor za shranjevanje baterij, polnjenje le ob izklopljenem sistemu ter osebje, usposobljeno za pravilno shranjevanje teh nevarnih snovi, bodo pripomogli k zmanjšanju tveganja za požare, ki jih povzročajo baterije.
Blazestack
V ponedeljek zvečer je v tovarni litijevih baterij v bližini južnokorejske prestolnice izbruhnil silovit požar, ki ga je verjetno povzročila eksplozija baterij. Požar je uničil drugo nadstropje tovarne, v katerem je bilo shranjenih 35.000 celic; osem ljudi je bilo poškodovanih, 22 pa naj bi umrlo – večinoma kitajski delavci migranti.
Gasilci so poročali, da je umrlo 22 delavcev, od katerih je bilo 18 Kitajcev in 2 Južnokorejcev; čeprav njihovih državljanstva ni bilo mogoče takoj preveriti. Gasilci so videli, kako so gasilci iz stavbe, ki je gorela 22 ur, dokler ga ni bilo končno mogoče pogasiti, odnašali trupla. Novinar agencije Reuters je bil priča temu, kako so gasilci odnašali trupla, medtem ko je bilo po 10.30 po lokalnem času evakuiranih več sto zaposlenih pri glavnem proizvajalcu baterij Aricell, ko so gasilci prvič poročali o požaru ob 10.30. Lokalni gasilci so navedli, da je umrlo 18 kitajskih in dva južnokorejska delavca; 18 kitajskih delavcev in dva južnokorejska delavca sta umrla že prej. Njihove narodnosti zaenkrat še ni mogoče takoj potrditi.
Strokovnjaki opozarjajo, da je mogoče mnogim požarom litij-ionskih baterij preprečiti, če se upoštevajo ustrezni postopki. Slednje je mogoče doseči z upoštevanjem priporočil proizvajalca baterije ali njegovega soglasja pri polnjenju ter z uporabo izključno odobrenih polnilnikov, kar pomaga zmanjšati tveganje za požare in nesreče. Redni pregledi ter zamenjava baterij, ki so že presegle svojo življenjsko dobo, to tveganje še dodatno zmanjšajo.
Strokovnjaki za požarno varnost poudarjajo pomen učinkovite varnostne kulture na vsakem delovnem mestu. Celovit varnostni program mora vključevati usposabljanje zaposlenih o tveganjih, povezanih z litijevimi baterijami, obvezno nošenje zaščitnih rokavic pri ravnanju z njimi ter pregledovanje vse električne opreme pred uporabo. Poleg tega morajo varnostni sistemi vključevati požarne alarme, ki se sprožijo med polnjenjem baterij, ter načrte za evakuacijo v primeru, da katera od njih nepričakovano eksplodira.
Čeprav lahko ti varnostni ukrepi pomagajo zmanjšati verjetnost požarov, je pomembno upoštevati, da veljavni gradbeni, električni in protipožarni predpisi ne upoštevajo vse večje uporabe litij-ionskih baterij v različnih področjih, od električnih skuterjev do avtomobilov. To ustvarja potencialno tvegano situacijo, če so baterije poceni izdelane ali nepravilno shranjene – problem, ki ga priznava senatorka države Illinois Sue Rezin (republikanka, ki zastopa območje v bližini kemijskega in energetskega središča jugozahodno od Chicaga). Zavzema se za nove predpise, ki bi zahtevali, da so litij-ionske baterije opremljene z opozorilnimi nalepkami in shranjene v posebnih ognjevzdržnih posodah – v to je trdno prepričana.