Bezpečnost lithiových baterií byla v průmyslu vždy problémem. Vzhledem k jejich speciální struktuře materiálu a složitému provoznímu prostředí, jakmile dojde k požáru, způsobí poškození zařízení, ztráty na majetku a dokonce i oběti. Po požáru lithiové baterie je likvidace obtížná, trvá dlouho a často zahrnuje tvorbu velkého množství toxických plynů. Proto včasné uhašení může účinně kontrolovat šíření požáru, vyhnout se rozsáhlému hoření a poskytnout personálu více času na únik.

Během procesu tepelného úniku lithium-iontových baterií často dochází ke kouři, požáru a dokonce k výbuchu. Proto se kontrola problému tepelného úniku a difúze stala hlavním problémem, kterému čelí produkty lithiových baterií v procesu použití. Volba správné hasicí technologie může zabránit dalšímu šíření tepelného úniku baterie, což má velký význam pro potlačení vzniku požáru.

Tento článek představí běžné hasicí přístroje a hasicí mechanismy v současnosti dostupné na trhu a analyzuje výhody a nevýhody různých typů hasicích přístrojů.

Typy hasicích přístrojů

V současné době se hasicí přístroje na trhu dělí především na plynové hasicí přístroje, vodní hasicí přístroje, aerosolové hasicí přístroje a práškové hasicí přístroje. Níže je uveden úvod do kódů a charakteristik každého typu hasicího přístroje.

Perfluorhexan: Perfluorhexan je uveden v seznamu PFAS OECD a US EPA. Proto by použití perfluorhexanu jako hasicí látky mělo být v souladu s místními zákony a předpisy a mělo by komunikovat s úřady pro ochranu životního prostředí. Vzhledem k tomu, že produkty perfluorhexanu při tepelném rozkladu jsou skleníkové plyny, není vhodný pro dlouhodobé kontinuální rozprašování ve velkých dávkách. Doporučuje se používat v kombinaci se systémem rozprašování vody.

trifluormethan:Trifluormethanová činidla vyrábí pouze několik výrobců a neexistují žádné specifické národní normy upravující tento typ hasiva. Náklady na údržbu jsou vysoké, proto se jeho použití nedoporučuje.

Hexafluorpropan:Toto hasivo je náchylné k poškození zařízení nebo vybavení během používání a jeho potenciál globálního oteplování (GWP) je relativně vysoký. Hexafluorpropan lze proto použít pouze jako přechodné hasivo.

Heptafluorpropan:Kvůli skleníkovému efektu je postupně různými zeměmi omezován a bude čelit eliminaci. V současné době byla výroba heptafluorpropanových činidel ukončena, což povede k problémům při doplňování stávajících heptafluorpropanových systémů během údržby. Proto se jeho použití nedoporučuje.

Inertní plyn:Včetně IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, mezi nimiž je IG 541 široce používán a je mezinárodně uznáván jako ekologický a ekologický hasicí prostředek. Má však nevýhody ve vysokých stavebních nákladech, vysoké poptávce po plynových lahvích a velkém prostoru.

Činidlo na vodní bázi:Jemné hasicí přístroje s vodní mlhou jsou široce používány a mají nejlepší chladicí účinek. Je to především proto, že voda má velkou měrnou tepelnou kapacitu, která dokáže rychle absorbovat velké množství tepla, ochlazovat nezreagované aktivní látky uvnitř baterie a tím brzdit další nárůst teploty. Voda však způsobuje značné poškození baterií a není izolační, což vede ke zkratu baterie.

Aerosol:Díky své šetrnosti k životnímu prostředí, netoxicitě, nízkým nákladům a snadné údržbě se aerosol stal hlavním hasicím prostředkem. Vybraný aerosol by však měl vyhovovat předpisům OSN a místním zákonům a nařízením a je vyžadována místní národní certifikace produktu. Aerosolům však chybí chladicí schopnosti a při jejich aplikaci zůstává teplota baterie poměrně vysoká. Poté, co se hasicí látka přestane uvolňovat, je baterie náchylná k opětovnému vznícení.

Účinnost hasicích přístrojů

Státní klíčová laboratoř požární vědy na University of Science and Technology of China provedla studii porovnávající hasicí účinky suchého prášku ABC, heptafluorpropanu, vody, perfluorhexanu a CO2 na lithium-iontovou baterii 38A.

Porovnání procesu hašení

Suchý prášek ABC, heptafluorpropan, voda a perfluorhexan dokážou rychle uhasit požár baterie bez opětovného vznícení. Hasicí přístroje s CO2 však nedokážou účinně uhasit požár baterie a mohou způsobit opětovné vznícení.

Porovnání výsledků požární ochrany

Po tepelném úniku lze chování lithiových baterií při působení hasicích látek zhruba rozdělit do tří fází: fáze chlazení, fáze rychlého nárůstu teploty a fáze pomalého poklesu teploty.

První etapaje stupeň ochlazování, kdy po vypuštění hasiva klesá teplota povrchu baterie. Je to způsobeno především dvěma důvody:

• Odvzdušnění baterie: Před tepelným únikem lithium-iontových baterií se uvnitř baterie nahromadí velké množství alkanů a CO2. Když baterie dosáhne svého limitu tlaku, otevře se pojistný ventil a uvolní plyn pod vysokým tlakem. Tento plyn unáší účinné látky uvnitř baterie a zároveň poskytuje baterii určitý chladicí efekt.
• Účinek hasicího prostředku: Chladicí účinek hasicího prostředku pochází hlavně ze dvou částí: absorpce tepla během změny fáze a chemického izolačního účinku. Absorpce tepla s fázovou změnou přímo odstraňuje teplo generované baterií, zatímco účinek chemické izolace nepřímo snižuje tvorbu tepla přerušením chemických reakcí. Voda má nejvýraznější chladicí účinek díky své vysoké specifické tepelné kapacitě, která jí umožňuje rychle absorbovat velké množství tepla. Následuje perfluorhexan, zatímco HFC-227ea, CO2 a suchý prášek ABC nevykazují významné chladicí účinky, což souvisí s povahou a mechanismem hasicích látek.

Druhá etapa je fáze rychlého nárůstu teploty, kdy teplota baterie rychle stoupá z minimální hodnoty na její vrchol. Vzhledem k tomu, že hasicí prostředky nedokážou úplně zastavit rozkladnou reakci uvnitř baterie a většina hasicích prostředků má špatné chladicí účinky, vykazuje teplota baterie u různých hasicích prostředků téměř vertikální vzestupný trend. Během krátké doby se teplota baterie zvýší na svůj vrchol.

V této fázi existuje významný rozdíl v účinnosti různých hasicích prostředků při inhibici nárůstu teploty baterie. Účinnost v sestupném pořadí je voda > perfluorhexan > HFC-227ea > suchý prášek ABC > CO2. Když teplota baterie stoupá pomalu, poskytuje delší dobu odezvy pro varování před požárem baterie a delší reakční dobu pro operátory.

Závěr

1. CO2: Hasicí prostředky jako CO2, které primárně působí udušením a izolací, mají slabé inhibiční účinky na požáry baterií. V této studii došlo u CO2 k závažným jevům opětovného vznícení, takže je nevhodný pro požáry lithiových baterií.
2. Suchý prášek ABC / HFC-227ea: Hasicí prostředky ABC suchý prášek a HFC-227ea, které primárně působí prostřednictvím izolace a chemického potlačení, mohou do určité míry částečně inhibovat řetězové reakce uvnitř baterie. Mají o něco lepší účinek než CO2, ale jelikož postrádají chladicí účinky a nedokážou zcela blokovat vnitřní reakce v baterii, teplota baterie po vypuštění hasiva stále rychle stoupá.
3. Perfluorhexan: Perfluorhexan nejen že blokuje vnitřní reakce baterie, ale také absorbuje teplo odpařováním. Proto je jeho inhibiční účinek na požáry baterií výrazně lepší než u jiných hasicích prostředků.
4. Voda: Mezi všemi hasicími prostředky má voda nejviditelnější hasicí účinek. Je to především proto, že voda má velkou měrnou tepelnou kapacitu, což jí umožňuje rychle absorbovat velké množství tepla. Tím se ochladí nezreagované aktivní látky uvnitř baterie, čímž se zabrání dalšímu nárůstu teploty. Voda však způsobuje značné škody na bateriích a nemá žádný izolační účinek, takže její použití by mělo být extrémně opatrné.

Co bychom si měli vybrat?

Prozkoumali jsme protipožární systémy používané několika výrobci systémů akumulace energie, kteří jsou v současné době na trhu, a to především s použitím následujících hasicích řešení:

• Perfluorhexan + voda
• Aerosol + voda

Je to vidětsynergické hasicí prostředky jsou hlavním trendem výrobců lithiových baterií. Vezmeme-li příklad perfluorhexan + voda, perfluorhexan dokáže rychle uhasit otevřené plameny, čímž usnadňuje kontakt jemné vodní mlhy s baterií, zatímco jemná vodní mlha ji může účinně ochlazovat. Kooperativní provoz má lepší hasicí a chladicí účinky ve srovnání s použitím jedné hasicí látky. V současné době nařízení EU o nových bateriích vyžaduje, aby budoucí štítky baterií obsahovaly dostupné hasicí látky. Výrobci také musí zvolit vhodný hasicí prostředek na základě svých produktů, místních předpisů a účinnosti.