Sigurnost litijevih baterija uvijek je bila briga u industriji. Zbog njihove posebne strukture materijala i složenog radnog okruženja, kada se požar dogodi, uzrokovat će oštećenje opreme, gubitak imovine, pa čak i žrtve. Nakon što dođe do požara litijske baterije, zbrinjavanje je teško, traje dugo i često uključuje stvaranje velike količine otrovnih plinova. Stoga pravodobno gašenje požara može učinkovito kontrolirati širenje požara, izbjeći opsežno gorenje i omogućiti više vremena osoblju za bijeg.

Tijekom procesa toplinskog odlaska litij-ionskih baterija često dolazi do dima, požara, pa čak i eksplozije. Stoga je upravljanje problemom toplinskog odlaska i difuzije postalo glavni izazov s kojim se suočavaju proizvodi s litijevim baterijama u procesu uporabe. Odabirom odgovarajuće tehnologije gašenja požara može se spriječiti daljnje širenje toplinskog bijega baterije, što je od velike važnosti za suzbijanje nastanka požara.

Ovaj članak predstavit će glavne aparate za gašenje požara i mehanizme za gašenje koji su trenutno dostupni na tržištu, te analizirati prednosti i nedostatke različitih vrsta aparata za gašenje požara.

Vrste aparata za gašenje požara

Trenutno se aparati za gašenje požara na tržištu uglavnom dijele na plinske aparate za gašenje požara, aparate za gašenje požara na bazi vode, aerosolne aparate za gašenje požara i aparate za gašenje požara sa suhim prahom. U nastavku se nalazi uvod u šifre i karakteristike svake vrste aparata za gašenje požara.

Perfluorheksan: Perfluoroheksan je naveden u PFAS popisu OECD-a i US EPA. Stoga bi uporaba perfluoroheksana kao sredstva za gašenje požara trebala biti u skladu s lokalnim zakonima i propisima i komunicirati s regulatornim agencijama za okoliš. Budući da su produkti perfluoroheksana u toplinskoj razgradnji staklenički plinovi, nije prikladan za dugotrajno kontinuirano prskanje velikih doza. Preporuča se koristiti u kombinaciji sa sustavom za raspršivanje vode.

trifluorometan:Sredstva za trifluorometan proizvodi samo nekoliko proizvođača i ne postoje posebni nacionalni standardi koji reguliraju ovu vrstu sredstva za gašenje požara. Troškovi održavanja su visoki, pa se ne preporučuje njegova uporaba.

Heksafluorpropan:Ovo sredstvo za gašenje sklono je oštetiti uređaje ili opremu tijekom uporabe, a njegov potencijal globalnog zagrijavanja (GWP) je relativno visok. Stoga se heksafluorpropan može koristiti samo kao prijelazno sredstvo za gašenje požara.

heptafluorpropan:Zbog efekta staklenika, razne ga zemlje postupno ograničavaju i bit će suočen s eliminacijom. Trenutno su heptafluorpropanski agensi prekinuti, što će dovesti do problema u ponovnom punjenju postojećih heptafluorpropanskih sustava tijekom održavanja. Stoga se ne preporučuje njegova uporaba.

Inertni plin:Uključujući IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, među kojima se IG 541 više koristi i međunarodno je priznat kao ekološki prihvatljivo sredstvo za gašenje požara. Međutim, ima nedostatke visoke cijene izgradnje, velike potražnje za plinskim bocama i velike okupacije prostora.

Sredstvo na bazi vode:Aparati za gašenje požara s finom vodenom maglicom naširoko se koriste i imaju najbolji učinak hlađenja. To je uglavnom zato što voda ima veliki specifični toplinski kapacitet, koji može brzo apsorbirati veliku količinu topline, hladeći neizreagirane aktivne tvari unutar baterije i tako sprječavajući daljnji porast temperature. Međutim, voda uzrokuje značajna oštećenja baterija i nije izolacijska, što dovodi do kratkog spoja baterije.

Aerosol:Zbog svoje prihvatljivosti za okoliš, netoksičnosti, niske cijene i jednostavnog održavanja, aerosol je postao glavno sredstvo za gašenje požara. Međutim, odabrani aerosol treba biti u skladu s propisima UN-a i lokalnim zakonima i propisima, a potreban je i lokalni nacionalni certifikat proizvoda. Međutim, aerosolima nedostaje sposobnost hlađenja, a tijekom njihove primjene temperatura baterije ostaje relativno visoka. Nakon prestanka otpuštanja sredstva za gašenje požara, baterija je sklona ponovnom paljenju.

Učinkovitost sredstava za gašenje požara

Državni ključni laboratorij za znanost o požarima na Sveučilištu znanosti i tehnologije u Kini proveo je studiju uspoređujući učinke ABC suhog praha, heptafluoropropana, vode, perfluoroheksana i CO2 sredstava za gašenje požara na litij-ionsku bateriju od 38 A.

Usporedba procesa gašenja požara

ABC suhi prah, heptafluoropropan, voda i perfluorheksan mogu brzo ugasiti požare baterija bez ponovnog paljenja. Međutim, aparati za gašenje požara s CO2 ne mogu učinkovito ugasiti požare baterija i mogu izazvati ponovno paljenje.

Usporedba rezultata suzbijanja požara

Nakon toplinskog odlaska, ponašanje litijevih baterija pod djelovanjem sredstava za gašenje požara može se grubo podijeliti u tri faze: faza hlađenja, faza brzog porasta temperature i faza sporog pada temperature.

Prva fazaje faza hlađenja, gdje se temperatura površine baterije smanjuje nakon ispuštanja sredstva za gašenje požara. To je uglavnom zbog dva razloga:

• Odzračivanje baterije: Prije termičkog bijega litij-ionskih baterija, velika količina alkana i plina CO2 nakuplja se unutar baterije. Kada baterija dosegne svoju granicu tlaka, otvara se sigurnosni ventil, ispuštajući plin pod visokim pritiskom. Ovaj plin prenosi aktivne tvari unutar baterije dok također pruža određeni učinak hlađenja baterije.
• Učinak sredstva za gašenje požara: Učinak hlađenja sredstva za gašenje požara uglavnom dolazi iz dva dijela: apsorpcije topline tijekom promjene faze i učinka kemijske izolacije. Apsorpcija topline s promjenom faze izravno uklanja toplinu koju stvara baterija, dok učinak kemijske izolacije neizravno smanjuje stvaranje topline prekidanjem kemijskih reakcija. Voda ima najznačajniji učinak hlađenja zbog svog visokog specifičnog toplinskog kapaciteta, što joj omogućuje brzo upijanje velike količine topline. Slijedi perfluorheksan, dok HFC-227ea, CO2 i ABC suhi prah ne pokazuju značajne učinke hlađenja, što je povezano s prirodom i mehanizmom sredstava za gašenje požara.

Druga faza je faza brzog porasta temperature, gdje temperatura baterije brzo raste od svoje minimalne vrijednosti do svoje vrhunske vrijednosti. Budući da sredstva za gašenje požara ne mogu potpuno zaustaviti reakciju raspadanja unutar baterije, a većina sredstava za gašenje požara ima slab učinak hlađenja, temperatura baterije pokazuje gotovo okomiti trend rasta za različita sredstva za gašenje požara. U kratkom razdoblju temperatura baterije se podiže do svog vrhunca.

U ovoj fazi postoji značajna razlika u učinkovitosti različitih sredstava za gašenje požara u sprječavanju porasta temperature baterije. Učinkovitost u silaznom redoslijedu je voda > perfluorheksan > HFC-227ea > ABC suhi prah > CO2. Kada temperatura baterije raste sporo, to osigurava dulje vrijeme odziva za upozorenje na požar baterije i više vremena reakcije za operatere.

Zaključak

1. CO2: Sredstva za gašenje požara poput CO2, koja primarno djeluju gušenjem i izolacijom, imaju slabe inhibitorne učinke na požare baterija. U ovoj studiji došlo je do ozbiljnog fenomena ponovnog paljenja s CO2, što ga čini neprikladnim za požare litijskih baterija.
2. ABC suhi prah / HFC-227ea: ABC suhi prah i HFC-227ea sredstva za gašenje požara, koja primarno djeluju putem izolacije i kemijskog suzbijanja, mogu djelomično inhibirati lančane reakcije unutar baterije do određene mjere. Imaju nešto bolji učinak od CO2, ali budući da nemaju učinak hlađenja i ne mogu u potpunosti blokirati unutarnje reakcije u bateriji, temperatura baterije i dalje brzo raste nakon ispuštanja sredstva za gašenje požara.
3. Perfluoroheksan: Perfluoroheksan ne samo da blokira unutarnje reakcije baterije, već i apsorbira toplinu kroz isparavanje. Zbog toga je njegov inhibitorni učinak na požare baterija znatno bolji od ostalih sredstava za gašenje požara.
4. Voda: Među svim sredstvima za gašenje požara, voda ima najočitiji učinak gašenja požara. To je uglavnom zato što voda ima veliki specifični toplinski kapacitet, što joj omogućuje brzu apsorpciju velike količine topline. To hladi neizreagirane aktivne tvari unutar baterije, čime se sprječava daljnji porast temperature. Međutim, voda uzrokuje značajna oštećenja na baterijama i nema izolacijski učinak, stoga treba biti vrlo oprezan s njezinom uporabom.

Što bismo trebali odabrati?

Pregledali smo sustave zaštite od požara koje koristi nekoliko proizvođača sustava za pohranu energije koji su trenutačno na tržištu, prvenstveno koristeći sljedeća rješenja za gašenje požara:

• Perfluorheksan + voda
• Aerosol + voda

Vidi se dasinergijska sredstva za gašenje požara glavni su trend za proizvođače litijevih baterija. Uzimajući Perfluoroheksan + vodu kao primjer, Perfluoroheksan može brzo ugasiti otvoreni plamen, olakšavajući kontakt fine vodene magle s baterijom, dok je fina vodena magla može učinkovito ohladiti. Kooperativni rad ima bolje učinke gašenja požara i hlađenja u usporedbi s korištenjem jednog sredstva za gašenje požara. Trenutačno, nova Uredba EU-a o baterijama zahtijeva da buduće oznake baterija uključuju dostupna sredstva za gašenje požara. Proizvođači također trebaju odabrati odgovarajuće sredstvo za gašenje požara na temelju svojih proizvoda, lokalnih propisa i učinkovitosti.