Kebakaran Bateri Litium: Apa yang Berkesan dan Apa yang Tidak Berkesan

Apa yang menyebabkan proses thermal runaway?

Proses thermal runaway adalah kegagalan berantai yang berlaku di dalam sel bateri. Sesuatu faktor pemicu menyebabkan peningkatan suhu; haba tersebut mempercepatkan proses penguraian elektrolit; penguraian elektrolit pula melepaskan lebih banyak haba dan gas yang mudah terbakar. Siklus ini berterusan sehingga sel bateri meletus atau terbakar.

Faktor-faktor pemicu tersebut, dalam urutan kekerapan kejadiannya:

• Caj yang berlebihan atau penggunaan pengecas yang tidak sesuai. Voltan atau arus yang tidak konsisten boleh menyebabkan bateri melebihi had keselamatannya. Kebakaran bateri litium kebanyakannya disebabkan oleh masalah yang berkaitan dengan proses pengecasan—ini adalah punca yang paling umum.
• Kerosakan fizikal. Impak, tusukan, atau tekanan yang berlebihan boleh merosakkan komponen dalaman bateri dan menyebabkan kerosakan elektrik (short circuit). Bateri yang jatuh atau bateri paket e-bike yang dilanggar juga boleh mengalami keadaan yang sama.
• Suhu persekitaran yang tinggi. Panas mempercepatkan proses kimia di dalam bateri, walaupun bateri tersebut masih dalam keadaan yang baik. Bateri yang terdedah kepada suhu panas, seperti yang terletak di panel pemuka kereta pada musim panas, boleh terbakar tanpa sebarang kecacatan fizikal.
• Usia bateri. Seiring dengan masa, rintangan elektrik di dalam bateri meningkat dan keupayaannya untuk menangani tekanan termal menurun. Bateri yang hampir mencapai akhir jangka hayatnya boleh terbakar walaupun sebelum ini berfungsi dengan baik.

Mengapa alat pemadam api standard tidak berkesan

Terdapat tiga sebab utama, dan kesemua sebab ini dapat bersama-sama menyebabkan kebakaran bateri:

1. Tindak balas tersebut bersifat berterusan (self-sustaining). Api biasa memerlukan oksigen dari udara, tetapi bateri litium yang terbakar membawa bahan pengoksidaan (oxidizer) di dalamnya sendiri. Alat pemadam api yang menggunakan CO₂ menggantikan oksigen di persekitaran dan memadamkan api luaran, tetapi ia tidak dapat menembusi bahagian dalam bateri atau menghentikan tindak balas kimia di dalamnya.
2. Bahan kimia kering hanya memadamkan api pada permukaan dan tidak menyejukkan bahagian dalam bateri. Sisa bahan tersebut juga merosakkan peralatan elektronik, terutama jika bateri tersebut terletak di dalam peralatan elektronik.
3. Kebakaran berulang adalah perkara biasa, bukan pengecualian. Walaupun api pada permukaan telah dipadamkan, suhu di dalam bateri masih boleh mencapai beberapa ratus darjah Celsius. Kebakaran boleh berulang beberapa jam atau bahkan hari selepas dipadamkan. Sebarang tindakan pemadaman yang hanya berhenti pada tahap memadamkan api luaran dianggap tidak lengkap.

Gas yang dihasilkan oleh bateri yang terbakar merupakan masalah keempat. Bateri litium yang terbakar melepaskan karbon monoksida dan hidrogen fluorida, serta bahan beracun lainnya. Hidrogen fluorida (HF) sangat berbahaya kepada petugas pemadam kebakaran; mereka perlu menjaga jarak yang selamat dan memakai perlindungan pernafasan yang sesuai.

Apa yang benar-benar berkesan dalam memadamkan kebakaran bateri litium?

Tidak ada satu kaedah tunggal yang benar-benar berkesan dalam memadamkan kebakaran bateri litium. Pendekatan yang komprehensif, termasuk penggunaan alat pemadam yang sesuai, penjagaan jarak yang selamat, dan perlindungan pernafasan yang lengkap, diperlukan untuk mengelakkan bahaya yang lebih besar.

Air, dari segi jumlah, merupakan asas yang penting dalam proses penyejukan. Satu-satunya cara untuk menghentikan sel bateri yang terbakar adalah dengan mengeluarkan haba lebih cepat daripada kadar reaksi yang berlaku. Ini bermakna perlu merendam bateri atau mendinginkannya secara berterusan sehingga ia benar-benar sejuk pada sentuhan, bukan hanya sehingga api padam. Untuk bateri kegunaan pengguna biasa (seperti telefon atau komputer riba), merendamkannya dalam baldi sudah cukup. Bagi bateri yang lebih besar, anggap proses ini sebagai proses penyejukan, bukan proses pemadaman.

Bahan pengapsul adalah bahan tambahan khusus yang dicampur dengan air; ia dapat menghilangkan haba dengan cepat dan mengelakkan wap yang mudah terbakar daripada menyebabkan kebakaran. Bahan ini juga membantu mengurangkan pengeluaran asap, yang sangat penting terutama dalam kes di mana air biasa boleh menyebarkan elektrolit yang terbakar.

Sistem penindasan aerosol menggunakan sebatian berbasis kalium yang melepaskan partikel halus dan mengganggu reaksi kimia yang menyebabkan kebakaran. Sistem ini mampu memadamkan kebakaran, sama ada yang melibatkan satu atau beberapa sel bateri, dalam masa beberapa saat. Oleh itu, sistem ini sering digunakan dalam peralatan tertutup dan beberapa sistem penyimpanan. Namun, sistem ini kurang efektif dalam menyejukkan bateri berbanding air, jadi risiko kebakaran berulang masih wujud.

Kain api hanyalah penyelesaian sementara sahaja. Kain api yang khusus untuk bateri litium dapat menekan api dan menghalang haba yang terpancar, yang memberi masa untuk memadamkan kebakaran kecil seperti yang terjadi pada komputer riba atau bateri e-bike. Namun, kain api ini tidak dapat menghilangkan punca utama kebakaran, jadi ia hanyalah alat bantu untuk proses evakuasi atau penyejukan dengan air, bukan penyelesaian yang lengkap.

Untuk pemasangan yang besar: lindungi kawasan sekitar dan biarkan bateri terbakar. Apabila kebakaran melibatkan rak bateri atau bateri yang berjumlah banyak, amalan bomba biasanya adalah melindungi kawasan sekitar dan membiarkan bateri yang terbakar itu terbakar habis sambil menyejukkan bateri-bateri yang berdekatan. Keputusan ini harus dibuat oleh pihak bomba, bukan oleh staf fasiliti. Namun, mengetahui perkara ini terlebih dahulu dapat mengelakkan keinginan untuk “memadamkan” kebakaran yang sebenarnya tidak dapat dipadamkan.

Pencegahan: Peraturan yang kita gunakan dalam kotak penyimpanan bateri kita sendiri

Kami menghantar bateri LiFePO₄ (lithium iron phosphate) dalam lampu jalan kami, dan kami memilih bahan kimia ini sebahagiannya atas sebab berikut: Bateri LiFePO₄ mula mengalami keadaan “thermal runaway” pada suhu sekitar 270°C, berbanding dengan bateri berbahan kimia lithium berbasis nikel yang biasanya berlaku pada suhu 150–210°C (nilai industri biasa, bergantung pada jenis bahan kimia dan format bateri). Bateri LiFePO₄ bukanlah bahan yang tahan api; tiada bateri pun yang benar-benar tahan api. Namun, perbezaan suhu ini memberi kita ruang untuk berjaga-jaga, dan itulah yang menjadi asas kepada langkah-langkah pencegahan.

• Gunakan pengecas yang betul. Gunakan pengecas yang disediakan bersama peranti atau pengecas dengan spesifikasi yang sama. Jangan biarkan bateri dicas sepanjang malam atau tanpa pengawasan. Pastikan kawasan pengecasan berudara; jangan sesekali mencarik bateri di ruang yang tertutup.
• Simpan bateri dalam suhu sejuk dan pada tahap bateri yang separuh penuh. Suhu penyimpanan yang disyorkan adalah 5–20°C. Untuk penyimpanan jangka panjang, pastikan bateri mempunyai tahap bateri sekitar 50% dan periksa secara berkala. Jangan simpan bateri di atas papan pemuka atau berdekatan dengan pemanas.
• Berhenti menggunakan bateri sekiranya terdapat tanda amaran. Bateri yang bengkak, retak, atau bocor perlu dibuang, bukan diperbaiki. Begitu juga dengan keadaan pemanasan yang tidak normal, masa pengecasan yang semakin lama, atau penurunan kapasiti bateri yang ketara. Berhenti menggunakan bateri tersebut segera.
• Buang bateri melalui proses kitar semula. Bateri yang lama harus dibuang ke fasiliti kitar semula, bukan ke tempat pembuangan sampah. Bagi perusahaan yang mengurus penyimpanan bateri dalam skala besar, ini juga merupakan kewajipan dari segi pematuhan peraturan—jadualkan pemeriksaan sistem pemadam kebakaran secara berkala.

Apa yang tidak dibincangkan dalam halaman ini:

Halaman ini membincangkan tingkah laku dan tindak balas kebakaran bateri litium, termasuk untuk bateri individu dan pakej bateri yang digunakan dalam skala penggunaan domestik hingga komersial ringan. Ia tidak meliputi reka bentuk sistem penyimpanan tenaga bateri pada skala grid (BESS), kejuruteraan yang mematuhi piawaian NFPA 855, atau peraturan pengangkutan bahan berbahaya – topik-topik tersebut merupakan bidang yang berasingan dengan kod dan peraturan masing-masing. Untuk maklumat mengenai cara kami membina sistem perlindungan terma dalam produk kami, sila rujuk Panduan Suhu Lingkungan Bateri, atau gunakan Kalkulator Saiz Bateri untuk menentukan saiz sistem yang sesuai.