Lityum piller birçok tüketici cihazında kullanılmaktadır ve üreticilerin ince tasarımlı ürünlere saatlerce süren pil ömrü sığdırmalarını sağlamaktadır. Ancak bu piller, hasar gördüklerinde veya yanlış kullanıldıklarında yangın tehlikesi oluşturmaktadır.
Lityum pil yangınlarıyla mücadele etmek itfaiyeciler için zor ve tehlikeli olabileceğinden, İtfaiye Teşkilatı yangın soruşturmacılarına yardımcı olmak amacıyla bir kontrol listesi yayınladı.
Kısa devreler
Lityum pil yangınlarının başlıca nedenlerinden biri kısa devredir. Kısa devre, elektrik akımının pil içinde olması gerekenden daha kısa ve istenmeyen bir yol izlemesi sonucu meydana gelir; bu durum aşırı enerji birikimine yol açar ve bu enerji hücrelerin kapasitesini aşarak dışarıya taşar, metal iyonları oluşturur. Bu iyonlar sonunda iç hücrelerin kapasitesini aşarak çevreye yayılır, ısı üretir ve yangına neden olan yanıcı gazlar oluşturur.
Termal kaçak, lityum pil yangınlarının bir diğer temel nedenidir. Bu durum, pilden yayılan ısının, genellikle mikroskobik metal parçacıklarının farklı parçalarla temas ederek ısı oluşturması sonucu zincirleme reaksiyonlara dönüşmesi ve bunun da aşırı ısınmaya ve hücrelerden yanıcı gazların salınmasına yol açmasıyla meydana gelir.
Lityum pillerin şarj edilmesi, iyonların elektrolit aracılığıyla katottan anoda taşınmasını içerir. Bu hareket, pilin düzgün çalışması için gereklidir ancak kesintiye uğradığı takdirde tehlikeli olabilir; bu nedenle, potansiyel ısı kaynaklarından uzak, izole bir alanda şarj edilmesi hayati önem taşır.
Oksijen üretimi de lityum pil yangınlarının başlıca nedenlerinden biridir; ısınan anotlar ve katotlar, pil kasasının kazara delinmesi ya da hücrelerde iç kısa devrelere yol açan kimyasal reaksiyonlar sonucu dışarı sızabilen oksijen gazı üretir.
Lityum pil yangınlarını söndürmek zor olabilir ve bu yangınların güvenli bir alanda yanmasına izin vermek en iyisidir. Su tek başına yeterli olmaz; çünkü alevleri körüklerken aynı zamanda zehirli hidrojen gazı oluşturur; bunun yerine köpük bazlı yangın söndürücüler veya bakır tozu, karbonat ya da grafit gibi ABC kuru kimyasalları kullanmak daha akıllıca olacaktır.
Termal kaçak
Lityum piller, belirli bir sıcaklık aralığında çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Ancak bu sınır aşıldığında, “termal kaçak” olarak bilinen ve yanıcı gazlar ile yangına yol açan bir dizi reaksiyon başlayabilir – işte bu, lityum pil yangınlarının söndürülmesinin son derece zor olmasının nedenlerinden biridir; su bazlı yangın söndürücüler sadece pili soğutmaya yararken, lityum-iyon jel yangın söndürücüler pil yeniden alev alır almaz derhal kullanılmalıdır; aksi takdirde pil günler veya saatler sonra yeniden alev alabilir.
Lityum pillerde termal kaçak, iç kısa devreler, lityum kaplama (pil hücresi içindeki bir anot yüzeyinde metalik lityum oluşumu), delinme veya düşme gibi mekanik hasarlar, aşırı şarj, aşırı deşarj ya da dışarıdan gelen aşırı ısı kaynakları gibi çeşitli nedenlerle meydana gelebilir; nadir durumlarda bir lityum-iyon pil, belirgin bir neden olmaksızın termal kaçak durumuna girebilir – buna gecikmeli tutuşma termal kaçak denir.
Termal kaçak, pilin sıcaklığının düşürülmesi, belirtilen sıcaklık aralığı içinde çalıştırılması ve güvenli şarj prosedürlerinin uygulanmasıyla önlenebilir. Ayrıca, piller ısı kaynaklarından uzak tutulmalı ve kullanılmadıkları zamanlarda bağlantıları kesilmelidir.
Yeni bir çalışmanın araştırmacıları, pil kasası malzemesi seçimi ve hücre boyutu gibi bu duruma katkıda bulunan çeşitli faktörleri inceleyerek, lityum pillerde termal kaçak olgusunun nedenlerine yeni bir ışık tuttular; Bu araştırma projesine, termal kaçak sırasında enerji salınımına ilişkin istatistiksel regresyon modelleri de dahil edildi; bu sayede üreticilere, elektrikli araç üreticilerine ve güvenlik otoritelerine, gelecekteki pillerde bu tür kaçakları nasıl önleyebilecekleri konusunda değerli bilgiler sağlandı.
Oksijen üretimi
Termal kaçak, pil hücrelerinde elektrokimyasal reaksiyonlar yerine iç kimyasal reaksiyonlar meydana geldiğinde ortaya çıkar ve bu reaksiyonlar ısı ile zehirli, yanıcı gazlar üretir. Sıcaklık arttıkça ve daha fazla ısı üretildikçe, ekzotermik reaksiyonlar daha da hızlanır ve daha fazla gaz üretir; sonunda bu karışım, oksijenle karışan zehirli ve yanıcı gazdan oluşan beyaz bir buhar bulutu halinde alev alır ve yakındaki hücreleri tutuşturur – bu da uçak, araç veya cihaz içindeki tüm lityum pilleri yok eden ve yayılan bir zincir reaksiyonu başlatabilir.
Lityum pil yangınları nadir görülse de, yine de ciddi aksaklıklara yol açabilir ve kontrol altına alınması zor olabilir. Bu yangınları söndürmenin bir yöntemi, sıvı veya katı haldeki soğutma maddelerinin kullanılmasıdır – bunlara, belirli sıcaklıklarda eriyerek yangının üzerinde geçirimsiz bir tabaka oluşturan toz grafit de dahildir; sıvı soğutma maddeleri ise suyun yanı sıra, insan sağlığını tehdit eden potansiyel olarak tehlikeli PFAS kimyasalları içeren 3M Novec serisi gibi özel olarak geliştirilmiş reaktif olmayan sıvıları da içerir.
Bir pil yangını başladığında, yanma hızı hem tüketilen oksijene hem de iç karbon monoksit (CO) üretiminden kaynaklanan ısıya bağlıdır. Oksijen tüketimi kalorimetrisi için CO düzeltmesi bu etkiyi ortadan kaldırır, ancak 10%'ye kadar sistematik hatalara yol açabilir; pil yangın testlerinden elde edilen sonuçları yorumlarken bu hataları dikkate almak önemlidir; ancak bunlar genellikle oksijen tüketimi kalorimetrisinin genel belirsizlikleri ve pil gazları için E faktörü ile ilgili varsayımlarla dengelenir; bu nedenle pillerden salınan toplam ısı, yaklaşık 2 kJ/Wh kadar düşük tahmin edilebilir.
Aşırı sıcaklık
Lityum pil yangınları şiddetli olabilir ve söndürülmesi zor olabilir; bu durum, önemli maddi hasara yol açabileceği gibi, insan sağlığı için ciddi tehditler oluşturan zehirli gazların salınmasına da neden olabilir. Bu nedenle, iş yerlerinde lityum pil yangınlarının mümkün olduğunca erken aşamada önlenmesi hayati önem taşımaktadır.
Pil yangınlarını önlemenin ilk adımı, uyarı işaretlerini fark etmektir. Bunlar arasında, yaklaşan termal kaçak veya kısa devreye işaret edebilecek olağandışı ısınma, gürültü, koku veya şişkinlik yer alır ve yangınları önlemek için bu durumlara derhal müdahale edilmelidir.
Lityum-iyon piller, hem tüketici hem de endüstriyel uygulamalar için en yaygın olarak kullanılan enerji depolama çözümlerinden biri haline gelmiş olup, cep telefonlarından elektrikli araçlara kadar çeşitli cihazlara güçlü taşınabilir güç çözümleri sunmaktadır. Lityum-iyon piller pek çok avantaj sağlasa da, yanlış kullanım veya depolama ölümcül sonuçlara yol açabilir.
Lityum pillerin güvenli bir şekilde muhafaza edilmesini sağlamak için, sert kullanımdan kaçınmak en iyisidir. Pilin düşürülmesi, iç bileşenlerine zarar verebilir ve bu da elektriksel kısa devreye veya termal kaçaklara yol açabilir. Lityum piller yaşlandıkça ve daha yüksek sıcaklıklarda daha sık şarj-deşarj döngüsüne tabi tutuldukça, mekanik hasara karşı duyarlılıkları yaş, şarj-deşarj sıklığı ve yüksek sıcaklık seviyeleriyle birlikte artar.
Pil hasarı, aşırı çevre koşullarına da maruz kalabilir. Yağmur, tuzlu hava veya nemli koşullara maruz kaldığında piller hızla şarjını kaybedebilir ve aşırı ısınarak termal kaçak ve alevli gaz çıkışı meydana gelebilir.
Lityum-iyon pil yangınlarını söndürmek zor olabilir. Geleneksel su bazlı yangın söndürücüler genellikle bu yangınları tamamen söndüremez ve yangınlar genellikle saatler veya günler sonra yeniden alevlenir; ancak özel lityum-iyon yangın söndürücüler de mevcuttur.
Blazestack
Lityum pil yangınları giderek daha sık görülmeye başlamış ve kamu güvenliği için giderek artan bir tehdit oluşturmaktadır; bu yangınlar söndürülmesini zorlaştırmakta ve önemli maddi hasara yol açmaktadır. Lityum pil yangınlarının çoğu, pillerin aşırı ısınmasıyla ortaya çıkan termal kaçak nedeniyle meydana gelir; diğerleri ise fiziksel hasar veya şarj sorunları nedeniyle ortaya çıkabilir; uygun araçlara sahip olan itfaiyeciler, bu tür yangınları daha hızlı tespit edebilir ve daha etkili bir şekilde müdahale edebilir.
Lityum pil yangınları, binalar ve içindeki insanlar için en büyük tehditlerden birini oluşturmaktadır. Bu yangınlar hızla yayılabilir ve içerideki insanların hayatını tehlikeye atan geniş çaplı yapısal hasara yol açabilir. Bu nedenle, şarj edilebilir pillerle ilgili tehlikeler konusunda insanları bilgilendirmemiz hayati önem taşımaktadır.
Son zamanlarda, New York ve San Francisco gibi ABD’nin büyük şehirlerinde batarya kaynaklı yangınlar önemli ölçüde artmıştır; bu yangınların sayısı 2012’den bu yana iki katından fazla artmıştır. Her ne kadar çoğu yangın yaralanma veya can kaybına yol açmasa da, birçoğu hem ticari binalara hem de konutlara ciddi hasar verebilmektedir.
Bununla birlikte, lityum pillerin yanmasını önlemek için, bunların doğru şekilde saklanması ve bakımı da dahil olmak üzere birçok strateji bulunmaktadır. Ayrıca, metal nesnelerden ve sudan uzak tutulması tavsiye edilir; lityum pilleri saklarken yanmaz kapların kullanılması da en iyi uygulama olarak değerlendirilmelidir.
Fiziksel hasar ve elektriksel kısa devreler, pil yangınlarının en yaygın iki nedenidir. Pil arızası veya aşırı ısınma, “termal kaçak” olarak adlandırılan aşırı bir kimyasal reaksiyonu tetikleyebilir; bu reaksiyonda keskin lityum iğneleri ayırıcı hücreleri delerek iç kısa devrelere neden olur; pil kasasının kabuğunun çatlaması ise yanıcı elektrolitlerin hava veya ısı kaynaklarıyla temas etmesine ve alev almasına yol açar.