Požáry s lithiovými bateriemi: Co funguje a co ne

Co způsobuje proces tepelného úniku

Proces tepelného úniku je důsledkem kaskádového selhání vnitřních struktur baterie. Nějaký spouštěč zvyšuje teplotu; teplo urychluje rozklad elektrolytu; rozklad elektrolytu zase uvolňuje více tepla a hořlavých plynů. Tento cyklus se samovolně opakuje, a v důsledku toho baterie buď vybuchne, nebo se zapálí.

Nejčastější spouštěče tohoto procesu (v přibližném pořadí jejich výskytu):

– Nepřiměřené nabíjení nebo použití nesprávného nabíječky: Nestabilní napětí nebo průtok elektřiny může překročit bezpečné limity baterie. Incidenty spojené s nabíjením jsou příčinou většiny požárů lithium-iontových baterií – jedná se o nejčastější příčinu. – Fyzické poškození: Nárazy, průrazy nebo stlačení mohou poškodit vnitřní oddělovače baterie a způsobit zkrat. Stejným způsobem mohou selhat i baterie elektrických nástrojů nebo baterie elektrických kol. – Vysoká okolní teplota: Teplota urychluje chemické procesy uvnitř baterie, a to i v případě, že je baterie jinak v pořádku. Například baterie umístěná na palubní desce v létě může shořet i bez jiných závad. – Stárnutí baterie: S postupem času roste vnitřní odpor baterie a snižuje se její schopnost zvládat tepelné zatížení. Baterie blízké konci své životnosti mohou za určitých podmínek selhat, i když předtím fungovaly bez problémů.

Proč standardní hasicí přístroje nestačí

Existují tři hlavní důvody, proč standardní hasicí přístroje nestačí k zastavení požárů způsobených lithium-iontovými bateriemi – a tyto důvody se navzájem prohlubují:

1. Tato reakce je samosobně udržitelná. Běžný oheň potřebuje k svému hoření kyslík z vzduchu. Hořící baterie však obsahuje vlastní oxidant. Hasicí přístroje na bázi oxidu uhličitého vytlačují okolní kyslík a uhasí vnější plameny, ale nedokáží proniknout do vnitřku baterie ani zastavit její vnitřní reakci.
2. Suché chemické látky pouze potlačí povrchové plameny, ale nezabrání zahřívání vnitřku baterie. Zbytky těchto látek navíc poškozují elektroniku – což je zvláště důležité, pokud hořící baterie je umístěna uvnitř zařízení.

3 Opakované vzplanutí je běžné, nikoli výjimkou. I když povrchové plameny mohou být uhašeny, teplota vnitřku baterie může stále dosahovat vysokých hodnot (stovky stupňů). Požáry se mohou znovu rozhořet i po několika hodinách nebo dnech. Jakákoli reakce, která se omezuje pouze na uhašení plamenů, je neúplná.

Čtvrtým problémem je výdej jedovatých plynů při hoření lithiových baterií – mezi ně patří oxid uhličitý a fluorid vodíku. Zejména fluorid vodíku je velmi nebezpečný pro záchranáře; je třeba dodržovat odstup a používat vhodnou respirační ochranu.

Co skutečně funguje při hašení takových požárů?

Při hašení hořících lithiových baterií je nejúčinnější použití speciálních hasicích přístrojů, které vytlačují okolní kyslík a zabraňují proniknutí oxidu uhličitého do vnitřku baterie. Kromě toho je důležité zajistit správnou ochranu záchranářů proti jedovatým plynům.

Metoda	Co dělá	Co nedělá	Nejvhodnější pro
Voda (v velkém množství)	Odvádí teplo rychleji, než reakce dokáže teplo produkovat	Nic dalšího – jediná metoda, která skutečně zastaví nekontrolovaný vývoj požáru	Malé komory; chladicí sady jakéhokoli rozměru
Aditivum typu „enkapsulant“	Rychle chladí a uzavírá hořlavé plyny do uzavřených struktur	Není samostatným prostředkem protipožární ochrany	Požáry, kde by voda sama rozšířila hořící elektrolyt
Aerosol (na bázi draslíku)	Za několik sekund přeruší chemickou řetězovou reakci	Má malý chladicí účinek; nutnost opatrnosti při opětovném zapálení	Zakryté zařízení, skladovací prostory
Požární deka	Blokuje plamen a vyzařované teplo	Nezastavuje vnitřní chemickou reakci	Malé požáry; používá se jako prostředek pro evakuaci nebo chlazení vodou

Voda, co se objemu týká, představuje základní princip pro zastavení šíření požáru. Jediný způsob, jak zabránit nekontrolovanému šíření požáru, je odvádět teplo rychleji, než reakce v baterii to umožňuje. To znamená namáčení baterie nebo její nepřetržité chlazení, dokud není na dotek studená – ne až do doby, kdy plameny ustanou. U malých baterií určených pro spotřebitele (např. pro telefony nebo notebooky) postačí jejich ponoření do nádoby s vodou. U větších baterií je nutné postupovat jako při běžném chlazení, nikoli jako při hašení.

Kapsulující přísady jsou speciální příměsi smíchané s vodou, které rychle odvádějí teplo a zároveň zadržují hořlavé páry, čímž zabránějí jejich vzplanutí. Tyto přísady snižují jak intenzitu tepla, tak i množství kouře, což je důležité zejména v případech, kdy by běžná voda mohla rozšířit hořící elektrolyt.

Potlačování aerosolů

využívá sloučeniny na bázi draslíku, které uvolňují jemné částice a narušují chemickou reakci hoření. Tyto systémy dokáží za sekundy zlikvidovat požáry jednotlivých článků baterie i celých sestav baterií; proto se používají v uzavřených zařízeních a některých skladovacích prostorách. Avšak tyto systémy chladí mnohem méně efektivně než voda, a proto stále hrozí riziko opětovného vzplanutí požáru.

Požární přikrývky jsou pouze dočasné řešení. Přikrývky určené speciálně pro lithiové baterie potlačují plameny a blokují vyzařované teplo; poskytují tak čas na zvládnutí menších požárů (např. požárů notebooků nebo baterií elektrických kol). Neodstraňují však základní příčinu vzniku požáru, a proto slouží pouze jako prostředek k evakuaci nebo k ochlazení požáru vodou – nikdy ne jako definitivní řešení.

U velkých zařízení: chránějte okolní objekty a nechte požár probíhat. Pokud se požár rozšíří na bateriové regály nebo velké sady baterií, běžnou praxí hasičů je chránit okolní objekty a nechat požárané články baterií vyhořet, přičemž se zároveň chladí sousední články. Toto rozhodnutí náleží hasičskému zásahovému týmu, nikoli personálu zařízení – avšak jejich předemné znalí zabrání instinktu „bojovat“ proti požáru, který nelze zcela zlikvidovat.

Prevence: pravidla, která uplatňujeme ve svých vlastních bateriových skříních

V našich pouličních lampách používáme baterie typu LiFePO₄ (lithium iron phosphate). Tuto chemickou variantu jsme zvolili i z tohoto důvodu: U baterií typu LiFePO₄ začíná proces tepelné degradace přibližně při teplotě 270 °C, zatímco u baterií na bázi niklu je toto teplotní rozhraní kolem 150–210 °C (typické hodnoty v průmyslu, které závisejí na konkrétní chemické formulaci a typu baterie). Baterie typu LiFePO₄ však nepatří mezi materiály odolné vůči požáru – žádná baterie totiž není zcela odolná vůči požáru. Nicméně tato vlastnost nám poskytuje určitý „marginal“ (rezervní prostor pro další bezpečnostní opatření), a právě z tohoto „marginalu“ vycházejí veškerá preventivní opatření.

Používejte správný nabíječku. Používejte nabíječku, která je součástí zařízení, nebo nabíječku stejných parametrů. Nenechávejte baterie nabíjet přes noc ani bez dozoru. Udržujte prostor určený k nabíjení větraným – nikdy nepoužívejte nabíječku v uzavřeném prostoru.

Uchovávejte baterie na chladném místě a v polonabitém stavu. Optimální teplota pro uložení je 5–20 °C. Při dlouhodobém skladování udržujte baterie přibližně na 50 % nabití a pravidelně je kontrolovávejte. Nikdy neskladujte baterie na palubní desce nebo poblíž topení.

Přestaňte používat baterie při výskytu varovných příznaků. Pokud se baterie začnou vybouřovat, praskat nebo úniky elektrolytu nastanou, je nutné je okamžitě vyhodit – nejsou vhodné k opravě. Stejně tak je nutné přestat používat baterie s abnormálním teplením, prodlouženými dobami nabíjení nebo viditelným úbytkem kapacity.

Zlikvidujte baterie prostřednictvím recyklace. Staré baterie směřujte do recyklačního zařízení, nikdy je nesmíte vyhazovat do koše. Pro podniky, které ve velkém měřítku skladují baterie, je to také povinností z hlediska dodržování předpisů – pravidelně provádějte kontroly požárních zabezpečovacích systémů.

Co tato stránka nezahrnuje: Tato stránka poskytuje pouze základní pokyny pro správné používání a údržbu baterií. Další informace, jako jsou podrobnosti o typech baterií, bezpečnostních opatřeních nebo postupech při likvidaci, nejsou zde uvedeny.

Tato stránka se věnuje chování lithiových baterií při požáru a způsobům reakce na něj, a to jak pro jednotlivé baterie, tak i pro sestavy baterií určené pro spotřebitelské a lehké komerční účely. Nezabývá se návrhem systémů pro ukládání energie z baterií v rozsahu celé elektrické sítě (BESS – Battery Energy Storage Systems), projektováním v souladu s normou NFPA 855, ani předpisy týkajícími se přepravy nebezpečných materiálů – tyto oblasti mají své vlastní předpisy. Informace o tom, jak do našich vlastních produktů integrujeme systémy tepelné ochrany, naleznete v našem průvodci teplotními podmínkami pro baterie, přičemž pro výpočet potřebných baterií použijte kalkulačku na určení velikosti baterií.