Sikkerheten til litiumbatterier har alltid vært en bekymring i bransjen. På grunn av deres spesielle materialstruktur og komplekse driftsmiljø, vil det føre til skade på utstyr, tap av eiendom og til og med skader når en brannulykke inntreffer. Etter at en litiumbatteribrann oppstår, er deponeringen vanskelig, tar lang tid, og involverer ofte generering av en stor mengde giftige gasser. Derfor kan rettidig brannslokking effektivt kontrollere spredningen av brannen, unngå omfattende forbrenning og gi mer tid for personell til å rømme.

Under den termiske løpsprosessen til litiumion-batterier oppstår ofte røyk, brann og til og med eksplosjon. Derfor har kontroll av det termiske løps- og diffusjonsproblemet blitt hovedutfordringen for litiumbatteriprodukter i bruk. Å velge riktig brannslokkingsteknologi kan forhindre videre spredning av termisk batteriløp, noe som er av stor betydning for å undertrykke brannforekomst.

Denne artikkelen vil introdusere de vanlige brannslukningsapparatene og slokkemekanismene som for tiden er tilgjengelige på markedet, og analysere fordelene og ulempene ved forskjellige typer brannslukningsapparater.

Typer brannslukningsapparater

For øyeblikket er brannslukningsapparatene på markedet hovedsakelig delt inn i gassbrannslukkere, vannbaserte brannslukkere, aerosolbrannslukkere og tørrpulverbrannslokkere. Nedenfor er en introduksjon til kodene og egenskapene til hver type brannslukningsapparat.

Perfluorheksan: Perfluorheksan er oppført i PFAS-inventaret til OECD og US EPA. Derfor bør bruk av perfluorheksan som brannslukningsmiddel være i samsvar med lokale lover og forskrifter og kommunisere med miljømyndigheter. Siden produktene av perfluorheksan i termisk nedbrytning er drivhusgasser, er det ikke egnet for langvarig, stordose, kontinuerlig sprøyting. Det anbefales å bruke det i kombinasjon med et vannspraysystem.

Trifluormetan:Trifluormetanmidler produseres kun av noen få produsenter, og det er ingen spesifikke nasjonale standarder som regulerer denne typen brannslukningsmidler. Vedlikeholdskostnadene er høye, så bruken anbefales ikke.

Heksafluorpropan:Dette brannslukningsmidlet er utsatt for å skade enheter eller utstyr under bruk, og dets globale oppvarmingspotensial (GWP) er relativt høyt. Heksafluorpropan kan derfor bare brukes som et midlertidig brannslukningsmiddel.

Heptafluorpropan:På grunn av drivhuseffekten blir den gradvis begrenset av forskjellige land og vil stå overfor eliminering. Foreløpig har heptafluorpropanmidler blitt avviklet, noe som vil føre til problemer med etterfylling av eksisterende heptafluorpropansystemer under vedlikehold. Derfor anbefales ikke bruken.

Inert gass:Inkludert IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, hvorav IG 541 er mer utbredt og er internasjonalt anerkjent som et grønt og miljøvennlig brannslukningsmiddel. Det har imidlertid ulempene med høye byggekostnader, høy etterspørsel etter gassflasker og stor plassbeslag.

Vannbasert middel:Fine vanntåke brannslukkere er mye brukt, og de har best kjøleeffekt. Dette skyldes hovedsakelig at vann har en stor spesifikk varmekapasitet, som raskt kan absorbere store mengder varme, kjøle ned de ureagerte aktive stoffene inne i batteriet og dermed hindre ytterligere temperaturstigning. Vann forårsaker imidlertid betydelig skade på batterier og er ikke isolerende, noe som fører til batterikortslutninger.

Aerosol:På grunn av sin miljøvennlighet, ikke-toksisitet, lave kostnader og enkle vedlikehold, har aerosol blitt det vanlige brannslukningsmiddelet. Imidlertid bør den valgte aerosolen være i samsvar med FN-forskrifter og lokale lover og forskrifter, og lokal nasjonal produktsertifisering kreves. Imidlertid mangler aerosoler kjøleevne, og under påføringen forblir batteritemperaturen relativt høy. Etter at brannslukningsmidlet slutter å slippe ut, er batteriet utsatt for gjentenning.

Effektiviteten til brannslukningsmidler

State Key Laboratory of Fire Science ved University of Science and Technology of China gjennomførte en studie som sammenlignet brannslokkingseffektene av ABC-tørrpulver, heptafluorpropan, vann, perfluorheksan og CO2 brannslukningsmidler på et 38A litiumionbatteri.

Sammenligning av brannslukningsprosesser

ABC tørt pulver, heptafluorpropan, vann og perfluorheksan kan alle raskt slukke batteribranner uten gjentenning. Imidlertid kan CO2 brannslukningsapparater ikke effektivt slukke batteribranner og kan forårsake gjentenning.

Sammenligning av brannslukkingsresultater

Etter termisk løping kan oppførselen til litiumbatterier under påvirkning av brannslukningsmidler grovt deles inn i tre stadier: avkjølingsstadiet, stadiet med rask temperaturøkning og stadiet med langsom temperaturnedgang.

Den første etappener kjøletrinnet, hvor temperaturen på batterioverflaten synker etter at brannslukningsmidlet slippes ut. Dette skyldes hovedsakelig to årsaker:

• Batteriutlufting: Før den termiske løpingen av litium-ion-batterier samler det seg en stor mengde alkaner og CO2-gass inne i batteriet. Når batteriet når sin trykkgrense, åpnes sikkerhetsventilen og slipper ut høytrykksgass. Denne gassen tar ut de aktive stoffene inne i batteriet samtidig som den gir en viss kjølende effekt til batteriet.
• Effekt av brannslukningsmidlet: Slokkemidlets kjølende effekt kommer hovedsakelig fra to deler: varmeabsorpsjonen under faseendring og den kjemiske isolasjonseffekten. Faseendringsvarmeabsorpsjon fjerner direkte varmen som genereres av batteriet, mens den kjemiske isolasjonseffekten indirekte reduserer varmeutviklingen ved å avbryte kjemiske reaksjoner. Vann har den mest betydningsfulle kjøleeffekten på grunn av sin høye spesifikke varmekapasitet, som lar det absorbere en stor mengde varme raskt. Perfluorheksan følger, mens HFC-227ea, CO2 og ABC tørt pulver ikke viser signifikante kjøleeffekter, noe som er relatert til brannslukningsmidlenes art og mekanisme.

Den andre fasen er det raske temperaturøkningstrinnet, der batteritemperaturen raskt stiger fra minimumsverdien til toppen. Siden brannslukningsmidler ikke helt kan stoppe nedbrytningsreaksjonen inne i batteriet, og de fleste brannslukningsmidler har dårlig kjøleeffekt, viser temperaturen på batteriet en nesten vertikal oppadgående trend for ulike brannslukningsmidler. I løpet av kort tid stiger temperaturen på batteriet til toppen.

I dette stadiet er det en betydelig forskjell i effektiviteten til forskjellige brannslukningsmidler for å hemme økningen i batteritemperaturen. Effektiviteten i synkende rekkefølge er vann > perfluorheksan > HFC-227ea > ABC tørt pulver > CO2. Når batteritemperaturen stiger sakte, gir det mer responstid for batteribrannvarsling og mer reaksjonstid for operatører.

Konklusjon

1. CO2: Brannslukningsmidler som CO2, som først og fremst virker ved kvelning og isolasjon, har dårlige hemmende effekter på batteribranner. I denne studien oppsto det alvorlige gjentenningsfenomener med CO2, noe som gjør den uegnet for litiumbatteribranner.
2. ABC Dry Powder / HFC-227ea: ABC tørt pulver og HFC-227ea brannslukningsmidler, som først og fremst virker gjennom isolasjon og kjemisk undertrykkelse, kan delvis hemme kjedereaksjonene inne i batteriet til en viss grad. De har litt bedre effekt enn CO2, men siden de mangler kjøleeffekter og ikke helt kan blokkere interne reaksjoner i batteriet, stiger temperaturen på batteriet likevel raskt etter at brannslukningsmidlet slippes ut.
3. Perfluorheksan: Perfluorheksan blokkerer ikke bare interne batterireaksjoner, men absorberer også varme gjennom fordampning. Derfor er dens hemmende effekt på batteribranner betydelig bedre enn andre brannslukningsmidler.
4. Vann: Blant alle brannslukningsmidler har vann den mest åpenbare slokkeeffekten. Dette er hovedsakelig fordi vann har en stor spesifikk varmekapasitet, slik at det raskt kan absorbere en stor mengde varme. Dette kjøler ned de ureagerte aktive stoffene inne i batteriet, og hindrer dermed ytterligere temperaturøkning. Vann forårsaker imidlertid betydelig skade på batterier og har ingen isolasjonseffekt, så bruken bør være ekstremt forsiktig.

Hva bør vi velge?

Vi har undersøkt brannsikringssystemene som brukes av flere produsenter av energilagringssystem på markedet, hovedsakelig ved å bruke følgende brannslukningsløsninger:

• Perfluorheksan + vann
• Aerosol + vann

Det kan seessynergistiske brannslukningsmidler er hovedtrenden for produsenter av litiumbatterier. Med perfluorheksan + vann som et eksempel, kan perfluorheksan raskt slukke åpne flammer, noe som letter kontakten av fin vanntåke med batteriet, mens fin vanntåke effektivt kan kjøle det ned. Samarbeid har bedre brannslokkings- og kjøleeffekter sammenlignet med bruk av et enkelt brannslukningsmiddel. For øyeblikket krever EUs nye batteriforordning at fremtidige batterietiketter inkluderer tilgjengelige brannslukningsmidler. Produsenter må også velge riktig brannslukningsmiddel basert på deres produkter, lokale forskrifter og effektivitet.