Безпека літієвих батарей завжди викликала занепокоєння в галузі. Через їх особливу структуру матеріалу та складне робоче середовище, як тільки станеться пожежа, це призведе до пошкодження обладнання, втрати майна та навіть людських жертв. Після пожежі літієвої батареї утилізація складна, займає тривалий час і часто передбачає утворення великої кількості токсичних газів. Таким чином, своєчасне гасіння пожежі може ефективно контролювати поширення вогню, уникнути великого горіння та надати більше часу для евакуації персоналу.

Під час процесу термічного відведення літій-іонних акумуляторів часто виникають дим, пожежа та навіть вибух. Таким чином, контроль над проблемою теплового відходу та дифузії став основною проблемою, з якою стикаються літієві батареї в процесі використання. Вибір правильної технології пожежогасіння може запобігти подальшому розповсюдженню теплового розряду батареї, що має велике значення для придушення виникнення пожежі.

У цій статті буде представлено основні вогнегасники та механізми пожежогасіння, які зараз є на ринку, а також проаналізовано переваги та недоліки різних типів вогнегасників.

Види вогнегасників

В даний час вогнегасники на ринку в основному поділяються на газові вогнегасники, вогнегасники на водній основі, аерозольні вогнегасники та порошкові вогнегасники. Нижче наведено ознайомлення з кодами та характеристиками кожного типу вогнегасника.

Перфторгексан: Перфторгексан включено до переліку PFAS OECD та US EPA. Таким чином, використання перфторгексану як вогнегасного агента має відповідати місцевим законам і нормам і зв’язуватися з екологічними регуляторними органами. Оскільки продукти термічного розкладання перфторгексану є парниковими газами, він не підходить для тривалого, великодозового, безперервного розпилення. Рекомендується використовувати в поєднанні з системою розпилення води.

Трифторметан:Трифторметанові речовини виробляються лише декількома виробниками, і немає спеціальних національних стандартів, що регулюють цей тип вогнегасної речовини. Витрати на обслуговування високі, тому його використання не рекомендується.

Гексафторпропан:Ця вогнегасна речовина схильна до пошкодження пристроїв або обладнання під час використання, і її потенціал глобального потепління (GWP) відносно високий. Тому гексафторпропан можна використовувати лише як перехідний вогнегасний агент.

Гептафторпропан:Через парниковий ефект він поступово обмежується різними країнами та буде ліквідований. В даний час гептафторпропанові агенти припинено, що призведе до проблем із заправкою існуючих гептафторпропанових систем під час технічного обслуговування. Тому його використання не рекомендується.

Інертний газ:Включаючи IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, серед яких IG 541 використовується більш широко та визнаний у всьому світі як екологічно чистий вогнегасний агент. Однак він має такі недоліки, як висока вартість будівництва, високий попит на газові балони та займання великого простору.

Засіб на водній основі:Широко використовуються вогнегасники тонкого водяного туману, які мають найкращий охолоджуючий ефект. Головним чином це відбувається тому, що вода має велику питому теплоємність, яка може швидко поглинати велику кількість тепла, охолоджуючи активні речовини, що не прореагували всередині батареї, і таким чином перешкоджаючи подальшому зростанню температури. Однак вода завдає значної шкоди батареям і не є ізолятором, що призводить до коротких замикань.

Аерозоль:Завдяки своїй екологічності, нетоксичності, низькій вартості та простоті обслуговування аерозоль став основним засобом пожежогасіння. Однак вибраний аерозоль має відповідати нормам ООН і місцевим законам і нормам, а також потрібна місцева національна сертифікація продукції. Однак аерозолі не мають охолоджуючої здатності, і під час їх застосування температура батареї залишається відносно високою. Після припинення виділення вогнегасної речовини акумулятор схильний до повторного займання.

Ефективність вогнегасних засобів

Державна ключова лабораторія пожежної науки Університету науки і технологій Китаю провела дослідження, у якому порівнювала вогнегасну дію вогнегасних засобів ABC, гептафторпропану, води, перфторгексану та вогнегасників на літій-іонній батареї 38 А.

Порівняння процесу пожежогасіння

Сухий порошок ABC, гептафторпропан, вода та перфторгексан можуть швидко загасити пожежу акумулятора без повторного запалювання. Однак вогнегасники з CO2 не можуть ефективно загасити пожежі акумуляторів і можуть спричинити повторне займання.

Порівняння результатів пожежогасіння

Поведінку літієвої батареї під дією вогнегасних засобів після теплового розгону можна умовно розділити на три стадії: стадія охолодження, стадія швидкого підвищення температури та стадія повільного зниження температури.

Перший етапце стадія охолодження, на якій температура поверхні батареї знижується після випуску вогнегасної речовини. В основному це пов’язано з двома причинами:

• Вентиляція батареї: перед тим, як літій-іонні батареї розрядяться, усередині батареї накопичується велика кількість алканів і CO2. Коли акумулятор досягає граничного тиску, відкривається запобіжний клапан, випускаючи газ під високим тиском. Цей газ виносить активні речовини всередину батареї, одночасно надаючи певний охолоджуючий ефект батареї.
• Вплив вогнегасника: Охолоджуючий ефект вогнегасника в основному складається з двох частин: поглинання тепла під час зміни фази та ефект хімічної ізоляції. Поглинання тепла зі зміною фази безпосередньо видаляє тепло, що виділяється батареєю, тоді як ефект хімічної ізоляції опосередковано зменшує виділення тепла, перериваючи хімічні реакції. Вода має найзначніший охолоджуючий ефект через свою високу питому теплоємність, що дозволяє їй швидко поглинати велику кількість тепла. Далі йде перфторгексан, тоді як HFC-227ea, CO2 і сухий порошок ABC не виявляють значних ефектів охолодження, що пов’язано з природою та механізмом дії вогнегасників.

Другий етап це стадія швидкого підвищення температури, коли температура акумулятора швидко зростає від мінімального значення до максимального. Оскільки вогнегасники не можуть повністю зупинити реакцію розкладання всередині батареї, а більшість вогнегасників мають слабкий ефект охолодження, температура батареї демонструє майже вертикальну тенденцію до підвищення для різних вогнегасників. За короткий проміжок часу температура батареї піднімається до свого піку.

На цій стадії існує значна різниця в ефективності різних вогнегасних засобів щодо запобігання підвищення температури батареї. Ефективність у порядку спадання: вода > перфторгексан > HFC-227ea > сухий порошок ABC > CO2. Коли температура акумулятора підвищується повільно, це забезпечує більший час реакції для попередження про пожежу акумулятора та більше часу реакції для операторів.

Висновок

1. CO2: вогнегасники, такі як CO2, які в основному діють шляхом задушення та ізоляції, мають слабкий гальмівний вплив на пожежі акумуляторів. У цьому дослідженні спостерігалися серйозні явища повторного запалювання CO2, що робило його непридатним для спалювання літієвих батарей.
2. Сухий порошок ABC / HFC-227ea: вогнегасники сухого порошку ABC і HFC-227ea, які в основному діють через ізоляцію та хімічне придушення, можуть певною мірою частково пригнічувати ланцюгові реакції всередині акумулятора. Вони мають трохи кращий ефект, ніж CO2, але оскільки вони не охолоджують і не можуть повністю блокувати внутрішні реакції в акумуляторі, температура акумулятора все одно швидко зростає після випуску вогнегасної речовини.
3. Перфторгексан: перфторгексан не тільки блокує внутрішні реакції акумулятора, але й поглинає тепло шляхом випаровування. Таким чином, його гальмівна дія на пожежі акумулятора значно краща, ніж у інших вогнегасників.
4. Вода: Серед усіх вогнегасних засобів вода має найбільш очевидний вогнегасний ефект. Це головним чином тому, що вода має велику питому теплоємність, що дозволяє їй швидко поглинати велику кількість тепла. Це охолоджує непрореаговані активні речовини всередині батареї, тим самим перешкоджаючи подальшому зростанню температури. Однак вода завдає суттєвої шкоди батареям і не має ізоляційного ефекту, тому використовувати її слід вкрай обережно.

Що ми повинні вибрати?

Ми дослідили системи протипожежного захисту, які використовуються декількома виробниками систем накопичення енергії, які зараз представлені на ринку, в основному використовуючи такі рішення пожежогасіння:

• Перфторгексан + вода
• Аерозоль + вода

Це видносинергетичні вогнегасні речовини є основною тенденцією для виробників літієвих батарей. Беручи як приклад перфторгексан + вода, перфторгексан може швидко загасити відкрите полум'я, сприяючи контакту тонкого водяного туману з акумулятором, тоді як тонкий водяний туман може ефективно охолоджувати його. Спільна робота має кращий ефект пожежогасіння та охолодження порівняно з використанням одного вогнегасного агента. Наразі новий регламент ЄС щодо акумуляторів вимагає, щоб майбутні етикетки акумуляторів містили вогнегасні речовини. Виробники також повинні вибрати відповідний засіб для гасіння пожежі на основі своєї продукції, місцевих норм і ефективності.