La seguretat de les bateries de liti sempre ha estat una preocupació a la indústria. A causa de la seva estructura de material especial i de l'entorn de funcionament complex, un cop es produeixi un accident d'incendi, provocarà danys a l'equip, pèrdua de propietats i fins i tot víctimes. Després d'un incendi de la bateria de liti, l'eliminació és difícil, triga molt de temps i sovint implica la generació d'una gran quantitat de gasos tòxics. Per tant, l'extinció oportuna d'incendis pot controlar eficaçment la propagació del foc, evitar cremades extenses i proporcionar més temps perquè el personal escapi.

Durant el procés de fuga tèrmica de les bateries d'ions de liti, sovint es produeix fum, foc i fins i tot explosions. Per tant, controlar el problema de la fuga tèrmica i la difusió s'ha convertit en el principal repte que s'enfronten els productes de bateries de liti en el procés d'ús. L'elecció de la tecnologia d'extinció d'incendis adequada pot evitar la propagació de la fuga tèrmica de la bateria, la qual cosa és de gran importància per suprimir l'incendi.

Aquest article presentarà els principals extintors i mecanismes d'extinció disponibles actualment al mercat, i analitzarà els avantatges i els inconvenients dels diferents tipus d'extintors.

Tipus d'extintors

Actualment, els extintors del mercat es divideixen principalment en extintors de gas, extintors a base d'aigua, extintors d'aerosol i extintors de pols seca. A continuació es presenta una introducció als codis i característiques de cada tipus d'extintor.

Perfluorohexà: El perfluorohexà ha estat inclòs a l'inventari PFAS de l'OCDE i l'EPA dels EUA. Per tant, l'ús de perfluorohexà com a agent extintor d'incendis ha de complir les lleis i regulacions locals i comunicar-se amb les agències reguladores ambientals. Atès que els productes del perfluorohexà en la descomposició tèrmica són gasos d'efecte hivernacle, no és adequat per a la polvorització contínua a llarg termini de dosis grans. Es recomana utilitzar-lo en combinació amb un sistema de polvorització d'aigua.

Trifluorometà:Els agents de trifluorometà només són produïts per uns quants fabricants i no hi ha normes nacionals específiques que regulin aquest tipus d'agents extintors. El cost de manteniment és elevat, per la qual cosa no es recomana el seu ús.

Hexafluoropropà:Aquest agent extintor és propens a danyar dispositius o equips durant l'ús, i el seu potencial d'escalfament global (GWP) és relativament alt. Per tant, l'hexafluoropropà només es pot utilitzar com a agent extintor d'incendis de transició.

Heptafluoropropà:A causa de l'efecte hivernacle, s'està restringint gradualment per diversos països i s'enfrontarà a l'eliminació. Actualment, els agents d'heptafluoropropà s'han deixat de fabricar, la qual cosa comportarà problemes per reomplir els sistemes d'heptafluoropropà existents durant el manteniment. Per tant, no es recomana el seu ús.

Gas inert:Inclou IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, entre els quals IG 541 s'utilitza més i és reconegut internacionalment com a agent extintor d'incendis verd i respectuós amb el medi ambient. Tanmateix, té els desavantatges d'un alt cost de construcció, una gran demanda de bombones de gas i una gran ocupació d'espai.

Agent a base d'aigua:Els extintors de boira fina d'aigua s'utilitzen àmpliament i tenen el millor efecte de refrigeració. Això es deu principalment al fet que l'aigua té una gran capacitat calorífica específica, que pot absorbir ràpidament una gran quantitat de calor, refredant les substàncies actives no reaccionades dins de la bateria i inhibint així un augment de la temperatura addicional. Tanmateix, l'aigua causa danys importants a les bateries i no és aïllant, provocant curtcircuits de les bateries.

Aerosol:A causa del seu respectuós medi ambient, no toxicitat, baix cost i fàcil manteniment, l'aerosol s'ha convertit en l'agent extintor d'incendis principal. No obstant això, l'aerosol seleccionat ha de complir les normatives de les Nacions Unides i les lleis i regulacions locals, i es requereix la certificació de producte nacional local. Tanmateix, els aerosols no tenen capacitat de refrigeració i durant la seva aplicació, la temperatura de la bateria continua sent relativament alta. Després que l'agent extintor deixi d'alliberar-se, la bateria és propensa a tornar-se a encendre.

Eficàcia dels extintors

El Laboratori Estatal Clau de Ciència del Foc de la Universitat de Ciència i Tecnologia de la Xina va realitzar un estudi que comparava els efectes d'extinció d'incendis dels extintors de pols seca ABC, heptafluoropropà, aigua, perfluorohexà i CO2 en una bateria d'ions de liti de 38A.

Comparació de processos d'extinció d'incendis

La pols seca ABC, l'heptafluoropropà, l'aigua i el perfluorohexà poden extingir ràpidament els incendis de la bateria sense tornar a encendre. Tanmateix, els extintors de CO2 no poden extingir de manera eficaç els incendis de les bateries i poden provocar la reencesa.

Comparació dels resultats de la supressió d'incendis

Després de la fuga tèrmica, el comportament de les bateries de liti sota l'acció dels extintors es pot dividir aproximadament en tres etapes: l'etapa de refredament, l'etapa d'augment ràpid de la temperatura i l'etapa de baixada lenta de la temperatura.

La primera etapaés l'etapa de refrigeració, on la temperatura de la superfície de la bateria disminueix després d'alliberar l'extintor. Això es deu principalment a dues raons:

• Ventilació de la bateria: abans de la fuga tèrmica de les bateries d'ions de liti, una gran quantitat d'alcans i gas CO2 s'acumulen a l'interior de la bateria. Quan la bateria arriba al seu límit de pressió, la vàlvula de seguretat s'obre, alliberant gas d'alta pressió. Aquest gas porta a terme les substàncies actives a l'interior de la bateria alhora que proporciona un cert efecte de refredament a la bateria.
• Efecte de l'extintor d'incendis: l'efecte de refredament de l'extintor d'incendis prové principalment de dues parts: l'absorció de calor durant el canvi de fase i l'efecte d'aïllament químic. L'absorció de calor de canvi de fase elimina directament la calor generada per la bateria, mentre que l'efecte d'aïllament químic redueix indirectament la generació de calor interrompent les reaccions químiques. L'aigua té l'efecte de refrigeració més important a causa de la seva alta capacitat calorífica específica, que li permet absorbir una gran quantitat de calor ràpidament. El perfluorohexà segueix, mentre que l'HFC-227ea, el CO2 i la pols seca ABC no mostren efectes de refredament significatius, que estan relacionats amb la naturalesa i el mecanisme dels extintors.

La segona etapa és l'etapa d'augment ràpid de la temperatura, on la temperatura de la bateria augmenta ràpidament des del seu valor mínim fins al seu pic. Atès que els extintors no poden aturar completament la reacció de descomposició dins de la bateria i la majoria dels extintors tenen efectes de refrigeració pobres, la temperatura de la bateria mostra una tendència a l'alça gairebé vertical per a diferents extintors. En un curt període de temps, la temperatura de la bateria puja al seu màxim.

En aquesta etapa, hi ha una diferència significativa en l'eficàcia dels diferents extintors per inhibir l'augment de la temperatura de la bateria. L'eficàcia en ordre descendent és aigua > perfluorohexà > HFC-227ea > pols seca ABC > CO2. Quan la temperatura de la bateria augmenta lentament, proporciona més temps de resposta per a l'avís d'incendi de la bateria i més temps de reacció per als operadors.

Conclusió

1. CO2: Els extintors com el CO2, que actuen principalment per asfixia i aïllament, tenen efectes inhibidors pobres sobre els incendis de les bateries. En aquest estudi, es van produir fenòmens de reinici severs amb CO2, cosa que el va fer inadequat per a incendis de bateries de liti.
2. ABC Dry Powder / HFC-227ea: la pols seca ABC i els extintors d'incendis HFC-227ea, que actuen principalment mitjançant l'aïllament i la supressió química, poden inhibir parcialment les reaccions en cadena dins de la bateria fins a cert punt. Tenen un efecte lleugerament millor que el CO2, però com que no tenen efectes de refredament i no poden bloquejar completament les reaccions internes a la bateria, la temperatura de la bateria encara augmenta ràpidament després que s'alliberi l'extintor.
3. Perfluorohexà: el perfluorohexà no només bloqueja les reaccions internes de la bateria sinó que també absorbeix la calor mitjançant la vaporització. Per tant, el seu efecte inhibidor sobre els incendis de la bateria és significativament millor que altres extintors.
4. Aigua: entre tots els extintors, l'aigua té l'efecte d'extinció d'incendis més evident. Això es deu principalment a que l'aigua té una gran capacitat calorífica específica, la qual cosa li permet absorbir ràpidament una gran quantitat de calor. Això refreda les substàncies actives no reaccionades dins de la bateria, inhibint així un augment de la temperatura addicional. Tanmateix, l'aigua causa danys importants a les bateries i no té cap efecte d'aïllament, per la qual cosa el seu ús ha de ser extremadament prudent.

Què hem de triar?

Hem estudiat els sistemes de protecció contra incendis utilitzats per diversos fabricants de sistemes d'emmagatzematge d'energia actualment al mercat, emprant principalment les següents solucions d'extinció d'incendis:

• Perfluorohexà + Aigua
• Aerosol + Aigua

Es pot veure queAgents d'extinció d'incendis sinèrgics són la tendència principal dels fabricants de bateries de liti. Prenent perfluorohexà + aigua com a exemple, el perfluorohexà pot extingir ràpidament les flames obertes, facilitant el contacte de la boira fina d'aigua amb la bateria, mentre que la boira d'aigua fina la pot refredar eficaçment. El funcionament cooperatiu té millors efectes d'extinció i refrigeració d'incendis en comparació amb l'ús d'un sol agent extintor. Actualment, el Reglament de les bateries noves de la UE requereix que les futures etiquetes de les bateries incloguin agents extintors d'incendis disponibles. Els fabricants també han de triar l'agent extintor d'incendis adequat en funció dels seus productes, la normativa local i l'eficàcia.