Pożary baterii litu
-- co pomaga, a co nie
Pożary baterii litu: co pomaga, a co nie
Pożar baterii litu nie jest zwykłym pożarem, który można ugasić – to proces chemiczny, który sam się rozszerza. Gdy rozpocznie się proces termicznego wybuchu („thermal runaway”), bateria generuje ciepło i łatwopalne gazy, a temperatura w jej wnętrzu może przekroczyć 600°C w ciągu kilku sekund. To jedno z najważniejszych faktów, które wyjaśniają wszystkie zasady dotyczące gaszenia takich pożarów: dlaczego gaśniki z CO₂ nie są skuteczne, dlaczego woda może pomóc, a także dlaczego pożar, który na pierwszy rzut oka wygląda na ugasięty, może się ponownie rozpocząć nawet po godzinach.
Co doprowadza do procesu termicznego wybuchu?
Proces termicznego wybuchu to seria zdarzeń, które powodują kolejne problemy w strukturze baterii: jakiś czynnik podnosi temperaturę; ciepło przyspiesza rozkład elektrolitu; rozkład elektrolitu wyzwala jeszcze większą ilość ciepła i łatwopalnych gazów. Ten cyklus się sam powtarza, doprowadzając do wycieku gazu z baterii lub do jej zapalenia.
Czynniki, które mogą doprowadzić do termicznego wybuchu (w przybliżenym porządku częstoty występowania):
– Nadmierna cena lub nieodpowiedni akumulator do ładowania: Nieskazalna wartość napięcia lub prądu może przekroczyć dopuszczalne granice, co doprowadzi do uszkodzenia baterii. Incydenty związane z procesem ładowania stanowią najczęściej występującą przyczynę pożarów baterii litu. – Fizyczne uszkodzenia: Uderzenia, przecieki lub zgniecenia mogą uszkodzić wewnętrzne elementy baterii, powodując przepływ prądu i powstanie iskry. Podobne problemy mogą wystąpić w przypadku upadku baterii z narzędzia elektrycznego lub przejeżdżenia nad pakietem baterii z e-bike’a. – Wysoka temperatura otoczenia: Ciepło przyspiesza procesy chemiczne w baterii, nawet jeśli ona jest w stanie technicznie sprawnej. Bateria umieszczone na desce rozdzielczej w samochodzie w porze letniej może się poddać degradacji bez żadnych innych poważnych uszkodzeń. – Starość: Z upływem czasu wzrasta wnętrzne opór baterii, a jej zdolność do radzenia sobie z nagłymi zmianami temperatury spada. Baterie na końcu okresu życia mogą zachowywać się niepewnie, choć wcześniej funkcjonowały bez problemów.
Dlaczego standardowe gaśniki nie są skuteczne w gaszeniu pożarów baterii
Istnieją trzy główne powody, które pogorszają skuteczność standardowych gaśników w takich sytuacjach:
- Reakcja, która doprowadza do pożaru, jest samodzielna w swoim toku. Normalny pożar wymaga tlenu z powietrza, natomiast „uszczęplniony” (zawierający dodatkowe substancje) akumulator ma w sobie już niezbędne czynniki do rozpoczęcia reakcji. Gaśniki na bazie CO₂ wyeliminują otaczający tlak i gaszą zewnętrzne płomienie, ale nie mogą dotrzeć do wnętrza akumulatora ani przerwać tamtoj reakcji.
- Suchie chemiczne środki gaśnicze tylko ugaszają płomienie na powierzchni, nie zmniejszając temperatury w jego wnętrzu; ponadto pozostałe reszty tych środków mogą uszkodzić elektronikę – co jest istotne w przypadku, gdy akumulator znajduje się w sprzęcie.
- Ponowne zapalenie się jest normą, a nie wyjątkiem. Płomienie na powierzchni mogą zostać ugasić, ale temperatura w środku akumulatora może wciąż przekraczać setki stopni Celsjusza. Pożary mogą się ponawić nawet po godzinach lub dniach od ich „ugaszenia”. Jakiekolwiek działanie, ograniczające się tylko do gaszenia zewnętrznych płomieni, jest niewystarczające.
Czwarty problem stanowi sama substancja, z którą pracuje akumulator – podczas spalania wytwarzane są toksyczne gazy, w tym monoksyt węgla i fluorowodór. Fluorowodór może być niebezpieczny dla osób interwenujących; konieczne jest zachowanie odległości oraz stosowanie odpowiedniej ochrony oddechowej.
Co naprawdę pomaga w gaszeniu pożarów z akumulatorami litu?
Tylko skuteczne metody, które obejmują zarówno gaszenie zewnętrznych płomieni, jak i ograniczenie dalszego rozprzestrzeniania toksyn, mogą zapobiec powtórnym incydentom.
| Metoda | Co robi | Co nie robi | Najlepsze do |
|---|---|---|---|
| Woda (w dużych ilościach) | Usuwa ciepło szybciej, niż reakcja ją wytworza | Nic nie robi – to jedyna metoda, która faktycznie hamuje rozszerzanie się pożaru | Małych komórek; chłodzących pakietów dowolnej wielkości |
| Dodatek typu „enkapsulanta” | Chłodzi szybko i umożliwia zamknięcie łatwopalnych par | Nie jest samodzielnym środkiem gaśącym | Pożarów, w których woda sama w sobie mogłaby doprowadzić do rozprzysypania palącego się elektrolitu |
| Aerosol (na bazie potasu) | Przerwa łańcuch chemiczny reakcji w ciągu sekund | Mały efekt chłodzenia; konieczna ostrożność, gdyż pożar może się ponownie rozpalić | Zamkniętych urządzeń, pomieszczeń magazynowych |
| Koczek pożarowy | Blokuje płomień i promieniowanie ciepła | Nie hamuje wewnętrznej reakcji chemicznej | Małych pożarów; służy jako pomoc przy ewakuacji lub chłodzeniu |
Woda, pod względem ilości, stanowi podstawę do gaszenia pożarów. Jedyym sposobem na hamowanie rozprzestrzeniania się ognia jest szybsze odprowadzanie ciepła niż to, co wywołuje reakcja chemiczna. To oznacza konieczność zanurzania urządzenia w wodę lub jego ciągłego chłodzenia, aż dopóki nie stanie się zimne na dotyk – nie dopóki nie ustaną płomienie. W przypadku małych baterii (np. w telefonach lub laptopach) wystarczy zanurzenie je w kubełek z wodą. Jeśli mamy do czynienia z większymi urządzeniami, trzeba traktować proces chłodzenia jako element gaszenia pożaru, a nie jako samodzielne działanie.
**Dodatki typu „encapsulating agents”” to specjalne substancje mieszane z wodą, które szybko odprowadzają ciepło i ograniczają rozprzestrzenianie się łatwopalnych par, dzięki czemu nie dochodzi do ich zapalenia. Dzięki temu zmniejszają się zarówno ilość ciepła, jak i ilość dymu, co jest istotne w przypadku zwykłej wody, która mogłaby doprowadzić do rozszerzenia się pożaru.
**Metoda „aerosol suppression”” polega na użyciu związków na bazie potasu, które wydzielają delikatne cząsteczki, przerywając w ten sposób łańcuch reakcji chemicznej odpowiadający za rozprzestrzenianie się ognia. Te systemy potrafią ugasić pożary jednokomórkowe i wielokomórkowe w ciągu kilku sekund; dlatego są stosowane w zamkniętych urządzeniach i niektórych instalacjach magazynowych. Ich efekty chłodzenia są dużo mniejsze niż w przypadku wody, więc nadal istnieje ryzyko ponownego zapalenia się pożaru.
Ogieńochronne kawałki materiału są tylko tymczasowym rozwiązaniem. Kawałek materiału przeznaczony specjalnie do hamowania pożarów związanych z akumulatorami na bazie litu przyhamowuje rozwój ognia i blokuje promieniowanie ciepła, dzięki czemu uzyskuje się więcej czasu na gaszenie małych pożarów (np. pożarów laptopa lub pakietu z akumulatorami do e-bike’ów). Nie eliminuje jednak źródła problemu, więc służą jedynie jako środek pomocy przy ewakuacji lub chłodzeniu akumulatorów.
W przypadku dużych instalacji: należy chronić otaczające elementy i pozwolić, by pożar się rozwinął
. Gdy pożar dotyka stojaka z akumulatorami lub dużego pakietu z akumulatorami, standardową procedurą straży pożarnej jest chronienie otaczających elementów i pozwolenie, by dotknięte akumulatory się wypalili, a przy tym chłodzić sąsiednie elementy. Taką decyzję podejmuje straż pożarna, a nie personel obiektu. Wiedza o tym wcześniej zapobiega impulsowi próbowania gaszenia pożaru, który nie może zostać ugasić.
Prewencja: zasady, które stosujemy w naszych własnych zbiornikach na akumulatory
W naszych ulicznych lampach używamy akumulatorów typu LiFePO₄ (lithium iron phosphate). Wybraliśmy właśnie tę chemię z kilku powodów: temperatura, przy której rozpoczyna się proces niekontrolowanego nagrzewania akumulatora (tzw. „thermal runaway”), wynosi około 270°C w przypadku akumulatorów typu LiFePO₄, w porównaniu z około 150–210°C w przypadku akumulatorów na bazie niklu (typowe wartości w branży, zależne od rodzaju chemii i konstrukcji akumulatora). Akumulatory tego typu nie są odporné na pożar – w żadnym akumulatorze nie ma takiej właściwości. Jednak ta różnica w temperaturach daje nam większą margines bezpieczeństwa, a to właśnie jest kluczowym elementem w zapobieganiu niebezpieczeństwom.
Uwagi dotyczące obsługi baterii:
- Zarządzaj baterią za pomocą odpowiedniego ładowacza: Korzystaj z ładowacza dostarczonego wraz z urządzeniem lub z ładowacza o identycznych specjalnościach. Nie pozostawiaj baterie podczas ładowania na noc ani bez nadzoru. Zapewniaj dobrą wentylację w obszarze ładowania – nigdy nie ładowaj baterii w ograniczonym przestrzeni.
- Przechowuj ją w chłodnym miejscu, z poziomem naładowania na poziomie 50–20°C: To rekomendowany przedział temperatury do przechowywania. Jeśli chcesz przechowywać baterię na dłuższy czas, utrzymuj poziom naładowania na poziomie około 50% i sprawdź ją regularnie. Nie umieszczaj baterii na desce rozdzielczej samochodu ani w bliskiej odległości od ogrzewacza.
- Reaguj na ostrzegawcze sygnały: Baterie z wybrzuszeniami, pęknięciami lub ulatniającymi się cieczkami należy wyeliminować z użycia – nie można ich naprawiać. Podobnie należy postąpić w przypadku nieprawidłowego nagrzewania, wydłużonych czasów ładowania lub widocznego spadku pojemności.
- Zbieraj stare baterie do recyklingu: Starze baterie trzeba zniszczyć poprzez recykling, a nie wyrzucać do śmietnika. Przedsiębiorstwa, które w dużych ilościach przechowują baterie, mają obowiązek regularnie sprawdzać systemy pożarowe w związku z tym.
Co na tej stronie nie jest opisane: Na tej stronie nie znajdziesz informacji dotyczących konkretnych modeli baterii, instrukcji obsługi poszczególnych urządzeń ani szczegółowych wymagań stosowanych w poszczególnych branżach.
Ta strona dotyczy zachowania baterii litu w przypadku pożaru, a także procedur reagowania na takie sytuacje, zarówno dla pojedynczych baterii, jak i dla zbiorników przeznaczonych do użytku przez konsumentów, jak i w środowisku light-commercial. Nie obejmuje jednak projektowania systemów magazynowania energii na poziomie sieci (BESS – Battery Energy Storage Systems), wymagań normy NFPA 855, ani regulacji dotyczących transportu materiałów niebezpiecznych – to są odrębne dziedziny z własnymi normami i wymaganiami. Jeśli chcesz zapoznać się z informacjami na temat wdrożenia zabezpieczeń termicznych w nasze produkty, sprawdź nasz przewodnik dotyczący temperatury otoczenia baterii; jeśli potrzebujesz obliczyć wymagania systemu, skorzystaj z kalkulatora do wyboru rozmiaru baterii.