Sikkerheden ved lithiumbatterier har altid været en bekymring i branchen. På grund af deres specielle materialestruktur og komplekse driftsmiljø vil det, når der først opstår en brandulykke, forårsage udstyrsskade, tab af ejendom og endda tilskadekomst. Efter en lithium-batteribrand opstår, er bortskaffelsen vanskelig, tager lang tid og involverer ofte generering af en stor mængde giftige gasser. Derfor kan rettidig brandslukning effektivt kontrollere spredningen af ​​branden, undgå omfattende afbrænding og give mere tid til, at personalet kan flygte.

Under den termiske løbeproces med lithium-ion-batterier opstår der ofte røg, ild og endda eksplosion. Derfor er styringen af ​​det termiske løb og diffusionsproblem blevet den største udfordring, som lithiumbatteriprodukter står over for i brugsprocessen. Valg af den rigtige brandslukningsteknologi kan forhindre yderligere spredning af batteritermisk løbsk, hvilket er af stor betydning for at undertrykke brandforekomst.

Denne artikel vil introducere de almindelige ildslukkere og slukningsmekanismer, der i øjeblikket er tilgængelige på markedet, og analysere fordele og ulemper ved forskellige typer ildslukkere.

Typer af ildslukkere

I øjeblikket er ildslukkerne på markedet hovedsageligt opdelt i gasildslukkere, vandbaserede ildslukkere, aerosol ildslukkere og tørpulver ildslukkere. Nedenfor er en introduktion til koderne og egenskaberne for hver type brandslukker.

Perfluorhexan: Perfluorhexan er opført i PFAS-fortegnelsen for OECD og US EPA. Derfor bør brugen af ​​perfluorhexan som brandslukningsmiddel overholde lokale love og regler og kommunikere med miljømyndigheder. Da produkterne af perfluorhexan ved termisk nedbrydning er drivhusgasser, er det ikke egnet til langvarig, kontinuerlig sprøjtning i store doser. Det anbefales at bruge det i kombination med et vandspraysystem.

Trifluormethan:Trifluormethanmidler fremstilles kun af få producenter, og der er ingen specifikke nationale standarder, der regulerer denne type brandslukningsmidler. Vedligeholdelsesomkostningerne er høje, så det anbefales ikke at bruge det.

Hexafluorpropan:Dette slukningsmiddel er tilbøjeligt til at beskadige enheder eller udstyr under brug, og dets globale opvarmningspotentiale (GWP) er relativt højt. Derfor kan hexafluorpropan kun bruges som overgangsbrandslukningsmiddel.

Heptafluorpropan:På grund af drivhuseffekten bliver den gradvist begrænset af forskellige lande og vil blive udryddet. I øjeblikket er heptafluorpropan-midler udgået, hvilket vil føre til problemer med at genopfylde eksisterende heptafluorpropan-systemer under vedligeholdelse. Derfor anbefales det ikke at bruge det.

Inert gas:Herunder IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, blandt hvilke IG 541 er mere udbredt og er internationalt anerkendt som et grønt og miljøvenligt brandslukningsmiddel. Det har imidlertid ulemperne ved høje byggeomkostninger, stor efterspørgsel efter gasflasker og stor pladsbesættelse.

Vandbaseret middel:Fine vandtåge ildslukkere er meget brugt, og de har den bedste køleeffekt. Det skyldes primært, at vand har en stor specifik varmekapacitet, som hurtigt kan optage en stor mængde varme, afkøle de ureagerede aktive stoffer inde i batteriet og dermed hæmme yderligere temperaturstigning. Vand forårsager imidlertid betydelig skade på batterier og er ikke isolerende, hvilket fører til batterikortslutninger.

Aerosol:På grund af dets miljøvenlighed, ikke-toksicitet, lave omkostninger og nemme vedligeholdelse er aerosol blevet det almindelige brandslukningsmiddel. Den valgte aerosol skal dog overholde FN-regulativer og lokale love og regler, og lokal national produktcertificering er påkrævet. Men aerosoler mangler køleevne, og under deres påføring forbliver batteritemperaturen relativt høj. Efter at ildslukningsmidlet holder op med at slippe ud, er batteriet tilbøjeligt til at genantændes.

Effektiviteten af ​​brandslukningsmidler

State Key Laboratory of Fire Science ved University of Science and Technology of China gennemførte en undersøgelse, der sammenlignede brandslukningseffekterne af ABC-tørpulver, heptafluorpropan, vand, perfluorhexan og CO2-ildslukkere på et 38A lithium-ion-batteri.

Sammenligning af brandslukningsprocesser

ABC-tørpulver, heptafluorpropan, vand og perfluorhexan kan alle hurtigt slukke batteribrande uden genantændelse. CO2-ildslukkere kan dog ikke effektivt slukke batteribrande og kan forårsage genantændelse.

Sammenligning af brandslukningsresultater

Efter termisk løb kan lithiumbatteriers opførsel under påvirkning af brandslukningsmidler groft opdeles i tre faser: afkølingsstadiet, stadiet med hurtig temperaturstigning og stadiet med langsom temperaturfald.

Den første faseer afkølingsstadiet, hvor temperaturen på batterioverfladen falder, efter at ildslukningsmidlet er frigivet. Dette skyldes hovedsageligt to årsager:

• Batteriudluftning: Inden lithium-ion-batteriers termiske løb, ophobes en stor mængde alkaner og CO2-gas inde i batteriet. Når batteriet når sin trykgrænse, åbner sikkerhedsventilen og frigiver højtryksgas. Denne gas transporterer de aktive stoffer ud inde i batteriet, mens den også giver en kølende effekt til batteriet.
• Brandslukningsmidlets effekt: Brandslukningsmidlets køleeffekt kommer hovedsageligt fra to dele: varmeoptagelsen under faseskift og den kemiske isoleringseffekt. Faseændringsvarmeabsorption fjerner direkte den varme, der genereres af batteriet, mens den kemiske isoleringseffekt indirekte reducerer varmeudviklingen ved at afbryde kemiske reaktioner. Vand har den mest markante køleeffekt på grund af dets høje specifikke varmekapacitet, hvilket gør det muligt for det at absorbere en stor mængde varme hurtigt. Perfluorhexan følger, mens HFC-227ea, CO2 og ABC tørpulver ikke udviser væsentlige køleeffekter, hvilket er relateret til ildslukningsmidlernes art og mekanisme.

Den anden fase er det hurtige temperaturstigningstrin, hvor batteritemperaturen hurtigt stiger fra dens minimumværdi til dens top. Da slukningsmidler ikke helt kan stoppe nedbrydningsreaktionen inde i batteriet, og de fleste slukningsmidler har dårlige køleeffekter, viser batteriets temperatur en næsten lodret opadgående tendens for forskellige slukningsmidler. I løbet af kort tid stiger batteriets temperatur til sit højeste.

I denne fase er der en betydelig forskel i effektiviteten af ​​forskellige ildslukkere til at hæmme stigningen i batteritemperaturen. Effektiviteten i faldende rækkefølge er vand > perfluorhexan > HFC-227ea > ABC tørt pulver > CO2. Når batteritemperaturen stiger langsomt, giver det mere responstid for batteribrandadvarsel og mere reaktionstid for operatører.

Konklusion

1. CO2: Brandslukningsmidler som CO2, der primært virker ved kvælning og isolation, har dårlig hæmmende effekt på batteribrande. I denne undersøgelse opstod der alvorlige genantændelsesfænomener med CO2, hvilket gør det uegnet til lithiumbatteribrande.
2. ABC Dry Powder / HFC-227ea: ABC-tørpulver og HFC-227ea brandslukningsmidler, som primært virker gennem isolering og kemisk undertrykkelse, kan delvist hæmme kædereaktionerne inde i batteriet til en vis grad. De har en lidt bedre effekt end CO2, men da de mangler kølende effekter og ikke helt kan blokere interne reaktioner i batteriet, stiger temperaturen på batteriet alligevel hurtigt efter, at ildslukningsmidlet er frigivet.
3. Perfluorhexan: Perfluorhexan blokerer ikke kun interne batterireaktioner, men absorberer også varme gennem fordampning. Derfor er dens hæmmende effekt på batteribrande væsentligt bedre end andre brandslukkere.
4. Vand: Blandt alle brandslukningsmidler har vand den mest tydelige brandslukningseffekt. Dette skyldes hovedsageligt, at vand har en stor specifik varmekapacitet, hvilket gør det muligt hurtigt at absorbere en stor mængde varme. Dette afkøler de ureagerede aktive stoffer inde i batteriet og forhindrer derved yderligere temperaturstigning. Vand forårsager dog betydelige skader på batterier og har ingen isoleringseffekt, så brugen af ​​det bør være yderst forsigtig.

Hvad skal vi vælge?

Vi har undersøgt de brandsikringssystemer, der anvendes af adskillige producenter af energilagringssystem på markedet, primært med følgende brandslukningsløsninger:

• Perfluorhexan + vand
• Aerosol + vand

Det kan sessynergistiske brandslukningsmidler er den almindelige trend for producenter af lithiumbatterier. Tager man Perfluorhexan + Vand som et eksempel, kan Perfluorhexan hurtigt slukke åben ild, hvilket letter kontakten af ​​fin vandtåge med batteriet, mens fin vandtåge effektivt kan køle det ned. Samarbejdsdrift har bedre brandsluknings- og køleeffekter sammenlignet med at bruge et enkelt brandslukningsmiddel. I øjeblikket kræver EU's nye batteriforordning, at fremtidige batterimærker skal indeholde tilgængelige ildslukningsmidler. Producenter skal også vælge det passende brandslukningsmiddel baseret på deres produkter, lokale regler og effektivitet.