Ocena zagrożenia wybuchem baterii litowych na etapie: projektowania, badania i testowania w laboratoriach, produkcji, magazynowania, użytkowania autonomicznie i z produktem, recyklingu baterii ogniw litowych. Posiadamy własne autorskie pomysły w zakresie niwelacji ryzyka związanego z ogniwami litowymi oraz litowo-jonowymi (li-jon).
Mamy tu do czynienia z odmiennym ryzykiem wybuchu i pożaru w stosunku do oceny zagrożenia wybuchem ładowania tradycyjnych baterii.
Ponieważ Lit (Li) w formie metalicznej jest pierwiastkiem wysoce reaktywnym, pożarowo i wybuchowo niebezpiecznym. W celu wyeliminowania desegregacji dendrytycznej (proces powoduje niebezpieczne uszkodzenie ogniwa) metaliczny lit anody zastępuje się interkalatem litu. Wówczas lit występuje w związkach tlenowych z np. kobaltem lub manganem. I dlatego powodu stosowane są tworzywa sztuczne, polimery do stabilizacji elektrolitu oraz konstrukcji obudowy. W awaryjnych stanach pracy może dojść do wydzielania gazów palnych (np. C2H4, C2H6) i pożaru. Dodatkowo: lit w formie metalicznej (stosowany w bateriach jednorazowego użytku) w kontakcie z wodą wydziela wodór, użyte do konstrukcji ogniwa związki chemiczne zawierają znaczne ilości tlenu w swej strukturze chemicznej, pył litu stwarza szczególne zagrożenie wybuchem i pożarem. Po zgaszeniu istniej ryzyko ponownego zapalenia. Trudno w zwięzły sposób omówić zagrożenia pożarowe związane z technologią baterii litowych, następują zmiany w rozwiązaniach konstrukcji.
Niezbędna ocena zagrożenia wybuchem baterii litowych – nie ma czegoś takiego jak typowy pożar baterii litowej
Nie ma czegoś takiego jak typowy pożar baterii litowej, ponieważ są różne typy baterii litowych o konstrukcjach wykonanych z odmiennych materiałów. Ponieważ bateria litowa jest konstruowana pod konkretne zastosowania i od tego zależy chemia i materiały zastosowane. Dodatkowo proponuję omówienie charakterystyki pożaru ogniw litowych w formie video. Długo trwający pożar z impulsami gwałtownego pożaru strumieniowego. Atmosfera wybuchowa oraz efektywne źródło zapłonu może powstać wielokrotnie podczas pożaru baterii litowo-jonowej. Napięcie – zagrożenie porażeniem prądem podczas gaszenia wymaga indywidualnej oceny. Istotna jest możliwość odłączenia baterii od układ (solarnego, układu ładowania prostownikiem, innych źródeł prądu), oraz ilość połączonych ogniw – struktura układu baterii determinuje napięcie (jedno ogniwo 3,7 V, 100 ogniw połączonych w buforze energetycznym to już 370 V).
Dla pożarów akumulatorów litowo-jonowych najskuteczniejsze gaśnice zawierają roztwór AVD (Aqueous Vermiculite Dispersion). Jednak w przeciwieństwie do baterii litowych z ogniwami pierwotnymi, baterie litowo-jonowe zawierają lit głównie w formie soli, dlatego można skutecznie gasić te pożary wodą.
Pożar baterii litowo-jonowych w dużej skali – nagrania z prób
Poniższe nagrania pokazują kontrolowane próby pożarowe ogniw i akumulatorów litowo-jonowych w dużej skali, w konfiguracjach związanych z ich magazynowaniem. Dobrze obrazują intensywność spalania, rozwój płomieni i możliwość propagacji pożaru pomiędzy elementami. Materiał ilustruje, dlaczego analiza ryzyka powinna uwzględniać nie tylko pojedyncze ogniwo, lecz również sposób składowania, odległości, wentylację i możliwość przeniesienia pożaru.
Pożar ogniw cylindrycznych 18650
Pożar akumulatora litowo-jonowego 18 V do elektronarzędzi
Nagrania mają charakter poglądowy. Rzeczywisty przebieg zdarzenia zależy m.in. od chemii ogniw, stopnia naładowania, konstrukcji pakietu i warunków otoczenia. Źródło materiałów: FM Global (YouTube).
Istotne standardy i źródła informacji przydatne podczas wykonania dokumentu ocena zagrożenia wybuchem baterii litowych:
485 NFPA Standard for the Storage, Handling, Processing, and Use of Lithium Metal
484 NFPA Standard for Combustible Metals
853 NFPA Standard for the Installation of Stationary Fuel Cell Power Systems
855 NFPA Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems
UL Standard for Safety of Lithium Batteries
Lithium Ion Batteries Hazard and Use Assessment – Phase, III FINAL REPORT BY: R. Thomas Long Jr., P.E., CFEI Andrew Blum,