Ličio baterijų sauga pramonėje visada buvo susirūpinimas. Dėl ypatingos medžiagų struktūros ir sudėtingos eksploatacinės aplinkos, įvykus gaisrui, ji gali sugadinti įrangą, prarasti turtą ir net nukentėti. Įvykus ličio akumuliatoriaus gaisrui, šalinimas yra sudėtingas, užtrunka ilgai ir dažnai susidaro daug nuodingų dujų. Todėl savalaikis gaisro gesinimas gali veiksmingai kontroliuoti ugnies plitimą, išvengti didelio nudegimo ir suteikti daugiau laiko darbuotojams pabėgti.

Ličio jonų akumuliatorių šiluminio bėgimo proceso metu dažnai įvyksta dūmai, gaisras ir net sprogimas. Todėl šiluminio bėgimo ir difuzijos problemos valdymas tapo pagrindiniu iššūkiu, su kuriuo susiduria ličio baterijų gaminiai naudojimo procese. Pasirinkus tinkamą gaisro gesinimo technologiją, galima užkirsti kelią tolesniam baterijos šiluminio išsiliejimo plitimui, o tai labai svarbu slopinant gaisrą.

Šiame straipsnyje bus pristatyti pagrindiniai šiuo metu rinkoje esantys gesintuvai ir gesinimo mechanizmai bei analizuojami skirtingų tipų gesintuvų privalumai ir trūkumai.

Gesintuvų tipai

Šiuo metu rinkoje esantys gesintuvai daugiausia skirstomi į dujinius gesintuvus, vandens pagrindo gesintuvus, aerozolinius gesintuvus ir miltelinius gesintuvus. Žemiau yra įvadas į kiekvieno tipo gesintuvų kodus ir charakteristikas.

perfluorheksanas: Perfluorheksanas buvo įtrauktas į EBPO ir JAV EPA PFAS sąrašą. Todėl naudojant perfluorheksaną kaip gesinimo medžiagą reikia laikytis vietinių įstatymų ir taisyklių bei susisiekti su aplinkosaugos reguliavimo agentūromis. Kadangi terminio skilimo perfluorheksano produktai yra šiltnamio efektą sukeliančios dujos, jis netinka ilgalaikiam, didelėmis dozėmis, nuolatiniam purškimui. Rekomenduojama naudoti kartu su vandens purškimo sistema.

Trifluormetanas:Trifluormetano medžiagas gamina tik keli gamintojai, o konkrečių nacionalinių standartų, reglamentuojančių tokio tipo gesinimo medžiagas, nėra. Priežiūros kaina yra didelė, todėl jo naudoti nerekomenduojama.

Heksafluorpropanas:Ši gesinimo medžiaga gali sugadinti prietaisus ar įrangą naudojimo metu, o jos visuotinio atšilimo potencialas (GWP) yra gana didelis. Todėl heksafluorpropaną galima naudoti tik kaip pereinamąją gaisro gesinimo priemonę.

Heptafluorpropanas:Dėl šiltnamio efekto jį palaipsniui riboja įvairios šalys ir teks panaikinti. Šiuo metu heptafluorpropano preparatų gamyba buvo nutraukta, todėl atliekant techninę priežiūrą kils problemų pildant esamas heptafluorpropano sistemas. Todėl jo vartoti nerekomenduojama.

Inertinės dujos:Įskaitant IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, tarp kurių IG 541 yra plačiau naudojamas ir tarptautiniu mastu pripažintas kaip ekologiška ir aplinkai nekenksminga gaisro gesinimo priemonė. Tačiau jo trūkumai yra didelės statybos sąnaudos, didelė dujų balionų paklausa ir didelis plotas.

Agentas vandens pagrindu:Smulkaus vandens rūko gesintuvai yra plačiai naudojami ir turi geriausią aušinimo efektą. Taip yra daugiausia dėl to, kad vanduo turi didelę specifinę šiluminę talpą, kuri gali greitai sugerti didelį šilumos kiekį, atvėsindama nesureagavusias aktyviąsias medžiagas akumuliatoriaus viduje ir taip stabdydamas tolesnį temperatūros kilimą. Tačiau vanduo daro didelę žalą baterijoms ir nėra izoliuotas, todėl akumuliatorius gali trumpai jungtis.

Aerozolis:Dėl savo ekologiškumo, netoksiškumo, mažų sąnaudų ir lengvos priežiūros aerozolis tapo pagrindine gaisro gesinimo medžiaga. Tačiau pasirinktas aerozolis turi atitikti JT reglamentus ir vietinius įstatymus bei reglamentus, todėl reikalingas vietinio nacionalinio produkto sertifikatas. Tačiau aerozoliams trūksta aušinimo galimybių, o juos naudojant akumuliatoriaus temperatūra išlieka gana aukšta. Po to, kai gesinimo medžiaga nustoja išsiskirti, baterija gali vėl užsidegti.

Gesintuvų efektyvumas

Kinijos mokslo ir technologijų universiteto valstybinė ugniagesių laboratorija atliko tyrimą, kuriame buvo lyginamas ABC sausų miltelių, heptafluorpropano, vandens, perfluorheksano ir CO2 gesintuvų 38A ličio jonų akumuliatoriuje gesinimo poveikis.

Gaisro gesinimo procesų palyginimas

ABC sausieji milteliai, heptafluorpropanas, vanduo ir perfluorheksanas gali greitai užgesinti akumuliatoriaus gaisrą ir neužsidega. Tačiau CO2 gesintuvai negali veiksmingai užgesinti akumuliatoriaus gaisro ir gali vėl užsidegti.

Gaisro gesinimo rezultatų palyginimas

Po terminio pabėgimo ličio baterijų elgseną veikiant gesintuvams galima apytiksliai suskirstyti į tris etapus: aušinimo, greito temperatūros kilimo ir lėto temperatūros kritimo etapą.

Pirmas etapasyra aušinimo stadija, kai išleidus gesintuvą sumažėja akumuliatoriaus paviršiaus temperatūra. Taip yra daugiausia dėl dviejų priežasčių:

• Akumuliatoriaus išleidimas: Prieš terminį ličio jonų akumuliatorių išsiliejimą, akumuliatoriaus viduje susikaupia daug alkanų ir CO2 dujų. Kai akumuliatorius pasiekia savo slėgio ribą, apsauginis vožtuvas atsidaro ir išleidžia aukšto slėgio dujas. Šios dujos perneša aktyviąsias medžiagas akumuliatoriaus viduje, kartu suteikdamos tam tikrą akumuliatoriaus aušinimo efektą.
• Gesintuvo poveikis: gesintuvo vėsinamąjį poveikį daugiausia lemia dvi dalys: šilumos sugertis keičiantis fazei ir cheminės izoliacijos efektas. Fazių kaitos šilumos sugertis tiesiogiai pašalina akumuliatoriaus generuojamą šilumą, o cheminės izoliacijos efektas netiesiogiai sumažina šilumos susidarymą, nutraukdamas chemines reakcijas. Vanduo turi didžiausią vėsinimo efektą dėl didelės specifinės šiluminės talpos, leidžiančios greitai sugerti didelį šilumos kiekį. Toliau pateikiamas perfluorheksanas, o HFC-227ea, CO2 ir ABC sausieji milteliai neturi reikšmingo vėsinimo poveikio, o tai susiję su gesintuvų prigimtimi ir mechanizmu.

Antrasis etapas yra greitas temperatūros kilimo etapas, kai akumuliatoriaus temperatūra greitai pakyla nuo minimalios vertės iki didžiausios. Kadangi gesintuvai negali visiškai sustabdyti skilimo reakcijos akumuliatoriaus viduje, o dauguma gesintuvų turi silpną aušinimo poveikį, akumuliatoriaus temperatūra rodo beveik vertikalią skirtingų gesintuvų tendenciją. Per trumpą laiką akumuliatoriaus temperatūra pakyla iki didžiausios.

Šiame etape labai skiriasi skirtingų gesintuvų efektyvumas stabdant akumuliatoriaus temperatūros kilimą. Veiksmingumas mažėjančia tvarka yra vanduo > perfluorheksanas > HFC-227ea > ABC sausieji milteliai > CO2. Kai akumuliatoriaus temperatūra pakyla lėtai, pailgėja įspėjimo apie akumuliatoriaus gaisrą reakcija ir operatorių reakcijos laikas.

Išvada

1. CO2: gesintuvai, tokie kaip CO2, kurie pirmiausia veikia uždusindami ir izoliuodami, silpnai slopina akumuliatoriaus gaisrą. Šiame tyrime su CO2 pasireiškė stiprūs užsidegimo reiškiniai, todėl jis netinkamas ličio baterijų gaisrams.
2. ABC sausieji milteliai / HFC-227ea: ABC sausieji milteliai ir HFC-227ea gesintuvai, kurie pirmiausia veikia izoliuodami ir chemiškai slopindami, tam tikru mastu gali iš dalies slopinti grandinines reakcijas akumuliatoriaus viduje. Jie turi šiek tiek geresnį poveikį nei CO2, tačiau kadangi jie neturi vėsinimo efekto ir negali visiškai blokuoti vidinių baterijos reakcijų, akumuliatoriaus temperatūra vis tiek sparčiai pakyla, kai išleidžiamas gesintuvas.
3. Perfluorheksanas: perfluorheksanas ne tik blokuoja vidines akumuliatoriaus reakcijas, bet ir garuodamas sugeria šilumą. Todėl jo slopinamasis poveikis akumuliatoriaus gaisrui yra žymiai geresnis nei kitų gesintuvų.
4. Vanduo: iš visų gesintuvų vanduo turi ryškiausią gaisro gesinimo poveikį. Taip yra daugiausia dėl to, kad vanduo turi didelę specifinę šiluminę talpą, leidžiančią jam greitai sugerti didelį šilumos kiekį. Tai atvėsina nesureagavusias aktyviąsias medžiagas akumuliatoriaus viduje ir taip užkerta kelią tolesniam temperatūros kilimui. Tačiau vanduo daro didelę žalą akumuliatoriams ir neturi izoliacinio poveikio, todėl jį naudoti reikia ypač atsargiai.

Ką turėtume pasirinkti?

Apžiūrėjome kelių šiuo metu rinkoje esančių energijos kaupimo sistemų gamintojų naudojamas priešgaisrines sistemas, kuriose pirmiausia naudojami šie gaisro gesinimo sprendimai:

• Perfluorheksanas + vanduo
• Aerozolis + vanduo

Galima matyti, kadsinergetinės ugnies gesinimo medžiagos yra pagrindinė ličio baterijų gamintojų tendencija. Pavyzdžiui, perfluorheksanas + vanduo, perfluorheksanas gali greitai užgesinti atvirą liepsną, palengvindamas smulkios vandens dulksnos kontaktą su akumuliatoriumi, o smulkus vandens rūkas gali efektyviai jį atvėsinti. Bendradarbiavimas turi geresnį gaisro gesinimo ir vėsinimo poveikį, palyginti su vienos gesinimo medžiagos naudojimu. Šiuo metu pagal naująjį ES baterijų reglamentą būsimose baterijų etiketėse turi būti nurodytos turimos gaisro gesinimo medžiagos. Gamintojai taip pat turi pasirinkti tinkamą gaisro gesinimo medžiagą, atsižvelgdami į savo gaminius, vietinius reglamentus ir efektyvumą.