Liitiumakumulaatorite tulekahjud: Mis toimib ning mis ei toimi

Mis põhjustab termilist lähtemist?

Termiline lähtemine on järjestikune rike akumulaatori sisemuses. Mõni tegur tõstab temperatuuri; see soojus kiirendab elektrolüüdi lagunemist; lagunemine vabastab veel rohkem soojust ning tuleohtlikku gaasi. See tsükkel sulgeb end ise ning akumulaator hakkab lekkima või süttima.

Põhjustajad (ligikaudne järjekord, mille järgi neid sageli esineb):

– Liigihinnastamine või vale laadija: Ebalähtev pinge või vool viib akun selle turvalisest piirist välja. Laadimisega seotud juhtumid on põhjuseks ennekõike enamikule liitiumakude tulekahjudele – see on kõige levinum põhjus. – Füüsiline kahju: Kokkupõrge, läbistamine või purunemine rikub sisemisi eraldusvahendeid ning põhjustab lühiketta. Samamoodi riknevad ka kukkunud elektritööriista aku või üle sõitetud elektrirattaki. – Kõrge ümbruskondne temperatuur: Kuumus kiirendab sisemisi keemilisi reaktsioone isegi muidu tervetes akudes. Suvel armatuurlaual kuumenev akupakett vajab muidu ühtegi defekti, et tulekahju põhjustada. – Vanus: Akude vananedes suureneb sisemine takistus ning nende võime soojuslikku koormust taluda väheneb. Akud, mis on oma kasutusiga lõppemas, võivad teatud tingimustes reageerida ootamatult – kuigi uued olid selliste tingimustega hästi toime tulnud.

Miks tavalised tulekustutid ei toimi

Kolm põhjust, ning need omavahel süvendavad probleemi:

1. Reaktsioon on iseseisv . Tavaline tuli vajab hapnikku välismaalt. Väljapääsenud liitiumakku sisaldab oma oksüdaatorit juba endas. CO₂-tulihävitid asendavad ümbritseva hapniku ning kustutavad välised leegid, kuid nad ei suuda tungida akun sisemusse ega peatada seal toimuvat reaktsiooni.
2. Kuiv kemikaali jätab akun sisemuse kuumaks . Pulber kustutab pinnale olevad leegid, kuid ei mõjuta akun sisemust jahutamist. Jäägid võivad samuti kahjustada elektroonikat – eriti oluline, kui põlev akku asub seadmes.
3. Uuesti süttimine on tavaline, mitte erand . Pinnale olevad leegid võivad olla kustutatud, kuid akun sisemus võib endiselt olla sadade kraadide kuumusel. Tulekahjud on taas alguse saanud tundide või isegi päevade pärast „kustutamist“. Iga toiming, mis piirdub ainult leegide kustutamisega, on ebatäielik.

Gaas on neljas probleem . Põlevad liitiumakud vabastavad muude mürgiste aineide hulgas ka süsinikmonooksiidi ning vesinikfluoriidi. Vesinikfluoriid on see aine, mis kahjustab päästjaid – hoidke neist piisavalt kaugel ning kasutage nõuetekohast hingamisvarustust.

Mis tegelikult toimib?

Tõeliselt tõhus viis tulekahju tõrjumiseks on seaduslikke ning ohutuid meetodeid, mis arvestavad nii akun struktuuri kui ka keskkonna mõjusid.

Vesi on alus – ainus viis, jolla saab peatada laienemist. Ainus, mis aitab, on eemaldada soojust kiiremini, kui reaktsioon seda tekitab. See tähendab, et tuleb lahust panna või järjest jahutada, kuni see on käepidemiseks külm, mitte seni, kuni leegid on kustunud. Väikeste tarbijapatareide (näiteks telefoni- või sülearvutipatareide) puhul piisab nende panemisest kaussi. Suuremate patareide puhul tuleb neid käsitleda jahutusoperatsioonina, mitte tulekustutusoperatsioonina.

Kapseldavad ained on spetsiaalsed lisandid, mis segatakse veega; need hajutavad soojust kiiresti ning kapseldavad tuleohtlikud ained, nii et need ei saa süttida. Need vähendavad nii soojust kui ka suitsu – mis on oluline, kuna tavaline vesi võib levitada põlevat elektrolüüti.

Aerosoolide pärssimine kasutab kaaliumipõhiseid ühendeid, mis vabastavad peeneid osakesi ning katkevad tule keemilise ahelreaktsiooni. Need süsteemid kustutavad nii üksikud kui ka mitmekordseid tulekahjusid sekunditega; seetõttu neid kasutatakse suletud seadmetes ning mõnedes ladustusrajatistes. Need jahutavad palju vähem kui vesi, seega põlemise taasalguse oht jääb endiselt olemas.

Tuletõrjetekid on ainult ajutised. Liitiumipõhine tuletõrjetek surub leegi maha ning blokeerib kiirgussoojuse – see annab aega väikeste tulekahjude, näiteks sülearvuti või e-baikipaketi puhul, leevendamiseks. See ei kõrvalda tulekahju põhjust, seega on see vaid viis evakueerimise või jahutamise suunas, mitte lõpppunkt.

Suurte paikade puhul: Kaitsege ümbrust ning laske tulekahjul edasi levida. Kui tulekahju hõlmab akuriiuli või suurt akupaketti, on tuletõrjejõudude tavaks kaitsta ümbrust ning lasta süttinud akudel välja põlemas, samal ajal külmutades lähedalasuvaid akusid. See otsus kuulub tuletõrjejõududele, mitte rajatise personalile – kuid sellest ette teadmine aitab vältida instinkti tulekahju „võidelda“, mida ei saa tegelikult kontrolli all hoida.

Ennetus: reeglid, mida rakendame oma akukastides

Me toimime LiFePO₄ (liitium-rauhiirfosfaat)-akumulaatorite tarnimisega oma tänavavalgustites, ja me valisime just selle kemikaali osaliselt sel põhjusel: LFP-akumulaatorite termiline lähtemine toimub tavaliselt umbes 270 °C juures, samas kui nikkelipõhiste liitiumakumulaatorite puhul see toimub umbes 150–210 °C juures (tüüpilised tööstusväärtused, sõltuvad kemikaalist ning akumulaatori konstruktsioonist). LiFePO₄-akumulaatorid ei ole tulekindlad – mitte miski akumulaatoris ei ole tulekindel. Kuid see annab meile lisamarginaali, ning just marginaal on see, millest ennetusmeetmed koosnevad.

Lisamärkused kasutamiseks:

• Laadige õige laadijaga. Kasutage seadmega kaasas olevat laadijat või laadijat, mille tehnilised omadused on identsed. Ärge jätke akusid ööseks laadima ega järelevalveta. Hoidke laadimisala hästi ventileerituna – ärge laadige akusid kunagi kitsas ruumis.
• Säilitage neid jahedas temperatuuris ning poollt laetuna. Soovitatav säilitustemperatuur on 5–20 °C. Pikaajaliseks säilitamiseks hoidke akusid umbes 50% laetuse tasemel ning kontrollige neid regulaarselt. Ärge hoidke akusid armatuurlaual ega küttekeha lähedal.
• Väljatage akud kohe, kui ilmnevad hoiatavad märgid. Kui akude elementid on paisunud, pragunenud või lekkivad, tuleb need ära visata – neid ei saa parandada. Samuti tuleb akud ära visata, kui esineb ebanormaalne soojenemine, laadimisaegide pikenemine või nähtav kapaciteedi vähenemine.
• Visake akud ringlussevõtu kaudu. Vanad akud tuleb viia ringlussevõtuasutusse, mitte prügikasti. Ettevõtetele, mis kasutavad akusid suurel skaalal, on see ka juriidiline kohustus – planeerige regulaarseid tulekustutussüsteemide kontrollimisi.

Mida see leht ei käsitle:

• Täpsemad tehnilised juhised akude hoolduseks. Lisateavet võib leida tootja dokumentatsioonist või spetsiaalsetest kasutusjuhistest.
• Ohutusnõuded laadimise ning säilitamise ajal. Näiteks, millised laadijad on ohutud kasutamiseks ning millised tingimused on vajalikud akude säilitamiseks.
• Parandusvõimalused ning kulutused. Kui akud on vigased, teavitage tootjat või asjaomast teenindust.
• Õiged viisid akude äraviskamiseks. Kuidas õigesti ja seaduslikult ära visata vanad akud.

See leht käsitleb liitiumakumulatooride tulekahjude käitumist ning reageerimist nii tarbijatarkistuse kui ka kergetööstuse mastaabis. Seal ei käsitletä akumulaatorite energiasalvestussüsteemide (BESS – Battery Energy Storage Systems) projekteerimist, NFPA 855-normide järgimist ega ohtlike aine transportimise määrusi – need on eraldi valdkonnad, millel on omad normid. Lisateavet selle kohta, kuidas me integreerime termilist kaitset oma toodetesse, leiate meie akumulaatorite kasutuskeskkonna temperatuuri juhendist või süsteemi suuruse arvutamiseks kasutage akumulaatorite suuruse arvutusvahendit.