שריפות מצברי ליתיום: מה עובד ומה לא

מה מתחיל התפרצות תרמית

התפרצות תרמית היא כשל נגד עצמי פנימי בתוך הקופסה. ההצטרך מעלה את הטמפרטורה; החום מאיץ את ההרכבה הפירוקית של האלקטרוליט; הפירוק משחרר עוד חום וגז נפץ. המעגל נסגר על עצמו, והקופסה מתפרצת או מתלקחת.

ההצטרכים, בסדר גרוע כמעט לפי תדירות בה הם מתרחשים:

• תקיפת מחיר או מטען כשלי. חשמל קבוע (לחץ חשמלי) או זרם שונים מדחפים את התא מעבר למסגרת הבטיחות שלו. אירועים הקשורים לטעינה מתחילים את רוב הלהבות בסוללות ליתיום — זו הסיבה הנפוצה ביותר, ויש לכך קץ.
• נזק פיזי. חבטה, חדירה, או עיקור פוצעים מחסנים פנימיים ויוצרים קצר. סוללת כלי עבודה שנפלה וחבילת אופניים חשמליות שנסעו עליהן נכשלות באותה דרך.
• טמפרטורת סביבה גבוהה. חום מאיץ את הכימיה הפנימית גם בסוללה בריאה באחריות. חבילה שמוצקה על מסך הדריסה בקיץ אינה זקוקה לנפקה נוספת.
• גיל. ככל שהתאים מזדקנים, ההתנגדות הפנימית עולה והיכולת להתמודד עם לחץ תרמי יורדת. סוללות שנמצאות בסוף חייהן המתוכננים יכולות להיכנס למצב הילוך תחת תנאים שבהם הן התמודדו בצורה מעולה כשהיו צעירות.

מדוע מכבים סטנדרטיים לא עובדים

שלוש סיבות, והן מצטברות:

1. התגובה היא מתמידה. שריפה רגילה זקוקה לחמצן מהאוויר. תא שנמלט נושא את חומר החמצון שלו בפנים. מכונות כיבוי פחמן דו-חמצני דוחפות את החמצן הסביבתי ומכבים את הלהבות החיצוניות, אך הן אינן יכולות לחדור לתא או לעצור את התגובה הפנימית.
2. חומר כימי יבש נותן חום ללב התא. פנדור דוחף את הלהבות על פני השטח ואינו עושה כלום כדי לצנן את התוך של התא. השארית גם מזיקה לאלקטרוניקה — זה חשוב כשהקופסה הבוערת יושבת בתוך ציוד.
3. הציתות מחדש היא הנורמה, לא החריגה. להבות על פני השטח יכולות להיכבות כשלב המרכז עדיין בטמפרטורות של מאות מעלות צלזיוס. שריפות התחדשו שעות או אפילו ימים אחרי שהן נקראו "כובו". כל תגובה שמסיימת בהפסקת הלהבות היא לאלתר.

הגז הוא הבעיה הרביעית. תאי ליתיום שבוערים פולטים פחמן חד-חמצני והידרופלוריד נגפר (HF) בין רעילים אחרים. HF הוא זה שפוגע במגיבים — שמרו על מרחק ולבשו הגנה נשימתית נכונה.

מה באמת עובד

דרך	מה שהיא עושה	מה שהיא לא עושה	מתאימה ביותר ל-
מים, לפי נפח	מסירa חום מהר יותר מאשר התגובה מייצרת אותו	כלום — היא השיטה היחידה שמפסיקa באמת התפרצות	תאים קטנים; תרמוסות קירור של כל גודל
תוסף קופסית	מקרר מהר, מקפיא עשן נפוץ	אינה סרים משוללת בפני עצמה	שריפות שבהן מים בלבד היו מפרישים אלקטרולית בוערת
אבקה (בבסיס פוטסיום)	חוסמת את התגובה הכימית השרשרתית בשניות	מעט קירור — עדיין צריך לשגיח על הפיכה מחדש	ציוד חשוב בתוך מבנה, חדרי אחסון
מעטפת כיבוי	חוסמת שריפה וחום מקרינ	אינה מפסיקa את התגובה הפנימית	שריפות קטנות, כגשר להרחקה או קירור במים

מים, מבחינת נפח, הם הבסיס. הדבר היחיד שעוצר תא נמלט הוא הסרת חום מהר יותר מאשר התגובה מייצרת אותו. זה אומר שהשקיה או קירור מתמשך עד שהחבילה קרה למגע, לא עד שהלהבות נעצרות. עבור תאי צרכי ציבור קטנים – סוללת טלפון או נייד – הצנה בדלי עובדת. עבור כל דבר גדול יותר, טפל בו כביצוע פעולת קירור, ולא כסיכול.

חומרי הקפאה הם מוספים מיוחדים המעורבים במים שמפרקים חום במהירות ומקפיאים עשן נפוץ כך שלא ייתכן תסיסה. הם חותכים גם את החום וגם את העשן, מה שחשוב כשמים רגילים היו מפיצים אלקטרוליט נופץ.

דיכוי אבק משתמש בחומרים מבוססי פוטסיום שמשחררים גרגירים זעירים ומעריך את תגובת הכימיה של האש. מערכות אלו מדכאות שריפות של תא יחיד ותאים רבים בשניות, מה שהופך אותן לנפוצות בציוד מוגן ובמקומות אחסון מסוימים. הן מקררות הרבה פחות ממים, לכן עדיין חל עליהן הצורך לשגיח על ההתחדשות.

מגפות האש זמניות בלבד. מגפה מיוחדת לליתיום מדכאת אש ומחסמת חום קרינתי. היא קונה זמן לאשות קטנות כמו מחשב לאפי או תיק אופניים חשמליים. היא אינה מחלישה את הגן הבסיסי של נפילת חמישי, לכן זו גשר לבריחה או קירור במים, אף פעם לא סוף הדרך.

עבור התקנות גדולות: הגן על החשופים ותנהל אותה להבערה. כשאש מעורבת במדפ סוללות או בתיק גדול, המסורת בשירותי הכיבוי היא לעתים להגן על מה שמסביבו ולתת לתאים המעורבים להבער עד שייבלגו בעודם מקררים את התאים הסמוכים. ההחלטה הזו שייכת למחלקת הכיבוי, ולא לצוות המתקן — אך ידיעתה מראש מונעת את האינסטינקט ל"להילחם" באש שאי-אפשר להילחם בה.

מניעה: החוקים שאנו מיישמים במגירות הסוללות שלנו

אנו משלחים תושבות LiFePO₄ (פוספט ליתיום-ברזל) במנורות הרחוב שלנו, ובחרנו בכימיה הזו חלקית מסיבה זו: תחילת הנשיקה התרמית של LFP נמצאת סביב 270°C בתאים טיפוסיים, בהשוואה לבין כ-150–210°C לכימיות ליתיום-ניקל (ערכי תעשייה טיפוסיים, תלויים בכימיה ובפורמט). זה לא עמיד באש. שום דבר בסוללה כזה. אבל זה נותן רמזור, ורמזור הוא מה שנוצר ממניעה.

• הרחק עם המטען הנכון, מתוחזק. השתמש במטען שנמצא עם המכשיר או במטען זהה בתכונותיו. אל תשאיר קופסאות מורכבות ללא מתחזקים ללילה או בנסיעה. השאיר את אזור הריקון נשף — אף פעם אל תרכב בחלל צר.
• שמור קריר ובמחצית מטען. 5–20°C הם תחום האחסון שאנו מציינים. לאחסון לטווח ארוך, השאיר סביב 50% מצבטעינה ובדוק זאת מדי פעם. אל תאחסן קופסה על קרן הבקרה או ליד מגנט חימום.
• פרש בהתאם לאזהרות. תאי מתפוררים, שבורים או חולפים הם תקריב, ולא תיקון. כן גם חימום רגיל, זמני טעינה שמתארכים והפחתה נראית בקיבולת. עצור את שימוש בקופסה.
• הפרש דרך מיחזור. קופסאות ישנות הולכות למתקן מיחזור, אף פעם לא לפח. עבור עסקים המפעילים אחסון סוללות בקנה מידה גדול, זהו גם חובה לציות — תזמין בדיקות תקופתיות של מערכות כיבוי אש יחד עם זה.

מה שדף זה לא כולל

זוהי דף המציג התנהגות אש בסוללות ליתיום ומענה עבור תאים וקופסאות של סדר גודל מפרטי עד סחר קטן. זה לא כולל תכנון מערכות אחסון אנרגיה מסוללות (BESS), התאמה לתקן NFPA 855, או נהלי תחבורה של חומרים מסוכנים — אלו הם דיסציפלינות נפרדות עם קודים משלהן. לגבי איך אנו משתלבים הגנה תרמית במוצרים שלנו, ראו מדריך טמפרטורת סביבה של סוללה, או קוודרו מערכת עם חשבון גודל סוללה.