लिथियम बैटरियों में आग लगना
-- क्या काम करता है और क्या नहीं?
लिथियम बैटरियों में आग लगना: क्या काम करता है और क्या नहीं?
(“Lithium Battery Fires: What Works and What Doesn’t”)
लिथियम बैटरी में लगी आग को बुझाना संभव नहीं है; यह एक रासायनिक प्रतिक्रिया है जो खुद को बढ़ावा देती रहती है। जैसे ही तापीय अनियंत्रण (thermal runaway) शुरू हो जाता है, बैटरी अपनी ही ऊष्मा एवं ज्वलनशील गैस पैदा करने लगती है, एवं उसका आंतरिक तापमान कुछ ही सेकंड में 600°C तक पहुँच जाता है। यही कारण है कि कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) अग्निशामक यंत्र ऐसी आगों पर काम नहीं करते; पानी तो काम करता है, लेकिन कभी-कभी ऐसी आगें कई घंटों बाद फिर से भड़क उठती हैं।**
तापीय अनियंत्रण (Thermal Runaway) कैसे शुरू होता है?
तापीय अनियंत्रण, बैटरी के अंदर होने वाली एक श्रृंखलाबद्ध विफलता है। कोई कारक तापमान बढ़ा देता है; यह ऊष्मा इलेक्ट्रोलाइट के विघटन को तेज़ कर देती है; विघटन से और अधिक ऊष्मा एवं ज्वलनशील गैस निकलती है। यह चक्र लगातार जारी रहता है, जिससे बैटरी में आग लग जाती है।
ऐसे कारक… (उन कारकों की सूची, जिनके कारण तापीय अनियंत्रण होता है…)
- अत्यधिक शुल्क वसूलना या गलत चार्जर का उपयोग। अस्थिर वोल्टेज या धारा के कारण लिथियम बैटरी को उसकी सुरक्षित सीमा से परे धकेल दिया जाता है। चार्जिंग से संबंधित घटनाएँ लिथियम बैटरी आग लगने के प्रमुख कारण हैं – यही सबसे आम कारण है।
- भौतिक क्षति। टक्कर, छेद या दबाव के कारण बैटरी के आंतरिक घटक टूट जाते हैं, जिससे शॉर्ट सर्किट हो जाता है। गिरी हुई पावर-टूल बैटरी या टकराई हुई ई-बाइक की बैटरी भी इसी तरह क्षतिग्रस्त हो जाती है।
- उच्च तापमान। गर्मी बैटरी की आंतरिक क्रियाओं को तेज़ कर देती है; यहाँ तक कि अन्यथा स्वस्थ बैटरी भी खराब हो सकती है। गर्मियों में डैशबोर्ड पर रखी बैटरी में आग लग सकती है, बिना किसी अन्य दोष के।
- उम्र। जैसे-जैसे बैटरी की उम्र बढ़ती है, उसका आंतरिक प्रतिरोध बढ़ जाता है एवं उसकी तापीय तनाव को संभालने की क्षमता कम हो जाती है। नई बैटरी जिन परिस्थितियों में ठीक से काम करती है, पुरानी बैटरी वहाँ खराब हो सकती है।
मानक अग्निशामक यंत्र क्यों काम नहीं करते?
तीन कारण हैं… एवं ये सभी कारण एक-दूसरे को और बढ़ा देते हैं।
- यह प्रतिक्रिया स्व-निर्वहित होती है। सामान्य आग को हवा से ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है; लेकिन एक अनियंत्रित लिथियम सेल में ऑक्सीकारक पहले से ही मौजूद होता है। CO₂ अग्निशामक यंत्र परिवेशीय ऑक्सीजन को हटा देते हैं एवं बाहरी लपटों को बंद कर देते हैं, लेकिन वे सेल के अंदर नहीं पहुँच पाते एवं आंतरिक प्रतिक्रिया को नहीं रोक पाते।
- सूखे रासायनिक पदार्थ सेल के अंदर के तापमान को कम नहीं कर पाते। ये पदार्थ सिर्फ बाहरी लपटों को बंद कर देते हैं, लेकिन सेल के अंदर का तापमान नहीं घटाते। इनके अवशेष इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को भी नुकसान पहुँचा सकते हैं – खासकर तब जब जलता हुआ सेल किसी उपकरण के अंदर हो।
- पुनः ज्वलन सामान्य है, अपवाद नहीं। भले ही बाहरी लपटें बंद हो जाएँ, सेल का अंदरूनी भाग अभी भी सैकड़ों डिग्री तापमान पर हो सकता है। कई बार आग “बुझने” के कई घंटों या दिनों बाद फिर से शुरू हो जाती है। ऐसी स्थितियों में केवल बाहरी लपटों को बंद करना पर्याप्त नहीं है।
- गैस भी एक बड़ी समस्या है। जलते हुए लिथियम सेलों से कार्बन मोनोऑक्साइड एवं हाइड्रोजन फ्लोराइड जैसे जहरीले पदार्थ निकलते हैं। हाइड्रोजन फ्लोराइड (HF) का संपर्क बचावकर्मियों के लिए खतरनाक हो सकता है; इसलिए उन्हें उचित दूरी बनाए रखनी चाहिए एवं उचित श्वसन सुरक्षा उपकरण पहनने चाहिए।
वास्तव में क्या कारगर है?
वास्तव में, ऐसी परिस्थितियों में बचावकर्मियों को उचित प्रशिक्षण, उचित उपकरणों का उपयोग, एवं सही दूरी बनाए रखना ही कारगर उपाय है।
| विधि | इसका कार्य | इसकी कमियाँ | सबसे उपयुक्त स्थितियाँ |
|---|---|---|---|
| पानी (बड़ी मात्रा में) | उत्पन्न ऊष्मा को तेज़ी से हटाता है | कुछ भी नहीं – यह एकमात्र विधि है जो विस्फोटक प्रतिक्रिया को वास्तव में रोक सकती है | छोटी कोशिकाएँ; किसी भी आकार के शीतलन पैक |
| एनकैप्सुलेंट एडिटिव (Encapsulant Additive) | तेज़ी से शीतलन करता है, ज्वलनशील वाष्पों को एकत्र करता है | अलग से विस्फोटक प्रतिक्रिया को रोकने में कारगर नहीं | ऐसी आगों में जहाँ पानी का उपयोग करने से इलेक्ट्रोलाइट फैल सकता है |
| एरोसोल (पोटैशियम-आधारित) | केवल कुछ सेकंड में ही रासायनिक अभिक्रिया को रोक देता है | शीतलन प्रभाव कम है; पुनः ज्वलन की संभावना बनी रहती है | बंद उपकरण, भंडारण कक्ष |
| अग्निशामक कंबल (Fire Blanket) | आग एवं विकिरणशील ऊष्मा को रोकता है | आंतरिक रासायनिक प्रतिक्रिया को नहीं रोकता | छोटी आगों में; निकासी या पानी द्वारा शीतलन के लिए उपयोगी |
पानी, मात्रा के हिसाब से, एक महत्वपूर्ण आधार है। किसी अनियंत्रित रूप से फैलने वाली बैटरी को रोकने का एकमात्र तरीका यह है कि उससे ऊष्मा उतनी तेज़ी से हटाई जाए, जितनी कि उसमें रासायनिक अभिक्रियाओं के कारण ऊष्मा उत्पन्न हो रही है। इसके लिए बैटरी को ऐसी स्थिति में रखा जाना चाहिए कि वह स्पर्श करने पर ठंडी महसूस हो, न कि तब तक कि आग बुझ जाए। छोटी बैटरियों (जैसे फोन या लैपटॉप की बैटरियों) के लिए, उन्हें किसी बाल्टी में डुबोना पर्याप्त है। बड़ी बैटरियों के लिए इसे एक “शीतलन प्रक्रिया” के रूप में ही देखा जाना चाहिए, न कि “आग बुझाने की प्रक्रिया” के रूप में।**
“एनकैप्सुलेटिंग एजेंट्स” (Encapsulating Agents) ऐसे विशेष पदार्थ हैं जिन्हें पानी में मिलाया जाता है; ये तेज़ी से ऊष्मा को दूर करते हैं एवं ज्वलनशील वाष्पों को अपने आवरण में ले लेते हैं, जिससे वे जल नहीं पाते। इनके कारण न तो ऊष्मा फैलती है एवं न ही धुआँ निकलता है; क्योंकि साधारण पानी तो जलने वाले इलेक्ट्रोलाइटों को और अधिक फैलने में मदद करता है।
“एरोसोल सप्रेशन” (Aerosol Suppression) में पोटैशियम-आधारित यौगिकों का उपयोग किया जाता है, जो सूक्ष्म कण उत्सर्जित करके आग की रासायनिक अभिक्रियाओं को रोक देते हैं। ऐसी प्रणालियाँ कुछ ही सेकंड में एकल या बहु-कोशिकीय आगों को बुझा देती हैं; इसी कारण इनका उपयोग बंद सुविधाओं एवं भंडारण स्थलों में किया जाता है। हालाँकि, ये प्रणालियाँ पानी की तुलना में कम शीतलन करती हैं, इसलिए आग के पुनः भड़कने का खतरा अभी भी मौजूद रहता है।
अग्निशामक कंबल केवल अस्थायी समाधान हैं। लिथियम-आधारित कंबल आग को दबा देते हैं एवं विकिरणशील गर्मी को रोकते हैं; ये लैपटॉप या ई-बाइक जैसी छोटी आगों के लिए समय देते हैं। हालाँकि, ये तापीय अनियंत्रण (थर्मल रनअवे) के मूल कारणों को दूर नहीं कर पाते, इसलिए ये केवल निकासी या पानी से शीतलन के लिए एक सहायक साधन हैं, न कि आग का स्थायी समाधान।**
बड़े उपकरणों के लिए: आग के प्रभावित हिस्सों की सुरक्षा करें एवं आग को जलने दें। जब आग बैटरी रैक या बड़े पैकों तक पहुँच जाती है, तो अग्निशमन सेवाओं की प्रथा यह होती है कि आसपास के भागों की सुरक्षा की जाए एवं प्रभावित बैटरियों को जलने दिया जाए, जबकि आसपास की बैटरियों को ठंडा किया जाता है। ऐसे निर्णय अग्निशमन विभाग ही लेता है, न कि संस्थान के कर्मचारी; लेकिन इसके बारे में पहले से जानकारी होने से लोग उस आग से “लड़ने” की कोशिश नहीं करते, जिसे वास्तव में नहीं बुझाया जा सकता।
रोकथाम: हम अपने बैटरी डिब्बों में इन नियमों का पालन करते हैं।
हम अपने स्ट्रीट लाइट्स (street lights) में LiFePO₄ (लिथियम आयरन फॉस्फेट) बैटरियाँ इस्तेमाल करते हैं, और हमने इस रसायन को चुना इसी कारण से: LiFePO₄ बैटरियों में थर्मल रनअवे (thermal runaway) प्रक्रिया आमतौर पर 270°C पर शुरू हो जाती है; जबकि निकल-आधारित लिथियम बैटरियों में यह प्रक्रिया लगभग 150–210°C पर शुरू होती है (ये मान औद्योगिक स्तर पर प्राप्त हैं, एवं बैटरी की रासायनिक संरचना एवं आकार पर निर्भर हैं)। हालाँकि, LiFePO₄ बैटरियाँ आग-प्रतिरोधी (fireproof) नहीं होतीं… बैटरी में तो कुछ भी आग-प्रतिरोधी नहीं होता। लेकिन यह थोड़ा सा जोखिम कम कर देती है, और यही तो बचाव का मूल आधार है।
- उचित चार्जर का उपयोग करें: डिवाइस के साथ आये चार्जर या उसी मॉडल के चार्जर का ही उपयोग करें। बैटरियों को रातभर चार्ज होने दें या बिना नज़रें रखे न छोड़ें। चार्जिंग के दौरान जगह को हवादार रखें; कभी भी सीमित स्थान पर चार्जिंग न करें।
- ठंडी जगह पर एवं आंशिक रूप से चार्ज की हुई अवस्था में संग्रहीत करें: बैटरियों को 5–20°C के तापमान पर ही संग्रहीत करें। लंबे समय तक संग्रहीत करने हेतु बैटरियों को लगभग 50% चार्ज अवस्था में रखें एवं नियमित रूप से उनकी जाँच करें। कभी भी बैटरियों को डैशबोर्ड पर या हीटर के पास न रखें।
- चेतावनी संकेतों पर तुरंत कार्रवाई करें: अगर बैटरी में फूलाव, दरार या रिसाव हो जाए, तो उसे तुरंत फेंक दें; ऐसी बैटरियों की मरम्मत संभव नहीं है। असामान्य गर्मी, लंबी चार्जिंग समय, या दृश्यमान क्षमता की कमी भी बैटरी के खराब होने के संकेत हैं।
- पुनर्चक्रण के माध्यम से नष्ट करें: पुरानी बैटरियों को कभी भी कचरे में न फेंकें, बल्कि पुनर्चक्रण केंद्रों में भेजें। बड़े पैमाने पर बैटरियों का उपयोग करने वाली कंपनियों के लिए यह एक अनिवार्य नियम भी है; ऐसी कंपनियों को आग-नियंत्रण प्रणालियों की नियमित जाँच भी करनी चाहिए।
यह पृष्ठ क्या नहीं कवर करता है?
(“What this page does not cover…”): यह पृष्ठ बैटरियों के उपयोग, संग्रहण एवं निपटान से संबंधित विस्तृत निर्देश देता है, लेकिन बैटरियों के विभिन्न प्रकारों, उनके नुकसान के कारणों, या उनके पर्यावरणीय प्रभावों पर विस्तार से चर्चा नहीं करता।
यह पृष्ठ उपभोक्ता स्तर से लेकर हल्के वाणिज्यिक स्तर तक की लिथियम बैटरियों के आग लगने के व्यवहार एवं उसके प्रति प्रतिक्रियाओं के बारे में जानकारी प्रदान करता है। यह ग्रिड-स्केल बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणालियों (BESS) के डिज़ाइन, NFPA 855 अनुपालन इंजीनियरिंग, या खतरनाक पदार्थों के परिवहन संबंधी नियमों को शामिल नहीं करता; क्योंकि ये सभी अलग-अलग क्षेत्र हैं एवं उनके अपने नियम हैं। हमारे उत्पादों में थर्मल सुरक्षा (ऊष्मा सुरक्षा) कैसे लागू की जाती है, इसके बारे में जानने के लिए हमारा बैटरी पर्यावरण तापमान गाइड देखें, या किसी प्रणाली का आकार निर्धारित करने हेतु बैटरी आकार निर्धारण कैलकुलेटर का उपयोग करें।