Pagsiklab ng Baterya na Lithium: Ano ang Epektibo at Ano ang Hindi

Ano ang nagiging sanhi ng “thermal runaway”?

Ang “thermal runaway” ay isang serye ng mga kaganapan na nagaganap sa loob ng baterya. Isang pangyayari (trigger) ang nagtaas ng temperatura; ang init ay nagpabilis sa pagkasira ng electrolyte; ang pagkasira ng electrolyte ay naglalabas ng higit pang init at gas na maaaring mag-apoy. Ang ganitong siklo ay nagiging sanhi ng pagsiklab ng baterya.

Ang mga posibleng sanhi ng “thermal runaway”, ayon sa kadalasang pagkakaroon ng mga ito:

• Overcharging o ang maling charger: Ang hindi magkakatugmang bolta o kuryente ay nagpapakita sa mga selula sa labas ng kanilang ligtas na saklaw. Ang mga insidente na may kaugnayan sa pagcharga ang siyang dahilan ng karamihan sa pagsunog ng mga baterya na gawa sa lithium—ito ang pinakakaraniwang dahilan.
• Mga pisikal na pinsala: Ang pagtama, pagpuputol, o pagkakasira ay nagiging sanhi ng pagkakaroon ng short circuit sa loob ng baterya. Ang pagkakahulog ng baterya mula sa isang tool na gumagamit ng kuryente o ang pagtatabas ng baterya ng isang e-bike ay parehong magiging dahilan ng kapahamakan sa baterya.
• Matinding temperatura ng kapaligiran: Ang init ay nagpapabilis ng mga kemikal na proseso sa loob ng baterya, kahit na ang baterya ay tila maayos pa. Ang baterya na nasa dashboard sa kabila ng araw ay maaaring masunog kahit walang ibang pinsala.
• Pagtanda ng baterya: Habang tumatanda ang baterya, tumaas ang internal resistance nito at bumababa ang kakayahang magkontrol ng init. Ang mga baterya na malapit na sa katapusan ng kanilang itinakdang buhay ay maaaring masunog kahit na maayos pa ang mga ito noong bago.

Bakit ang mga karaniwang extingisher ay hindi gumagana

May tatlong dahilan, at ang mga ito ay nagkakapatung-patong (magkakasanib).

1. Ang reaksyon ay nagpapatuloy sa sarili nito. Ang karaniwang sunog ay nangangailangan ng oksiheno mula sa hangin. Ngunit ang isang cell na nagsisimula nang magburn ay mayroon nang oxidizer sa loob nito. Ang mga extinguisher na gumagamit ng CO₂ ay nagpapalayas ng oksiheno sa lugar at tinutuklap ang mga apoy sa labas, nguni't hindi kayang pumasok sa loob ng cell o tumigil sa reaksyong nangyayari doon.
2. Ang mga kemikal na ginagamit para supresahin ang sunog ay hindi nakakapagpalamig sa loob ng cell. Ang mga pulbos na ginagamit ay tumutuklap lamang sa mga apoy sa ibabaw, nguni’t hindi nakakapagbawas ng init sa loob ng cell. Ang mga tira ng kemikal na ito ay maaaring makasira rin sa mga elektronikong aparato—lalo na kung ang cell na nag-iiba ay nasa loob ng mga kagamitan.
3. Ang muling pagkakapag-iba ay karaniwan, hindi isang exception. Maaaring mawala ang mga apoy sa ibabaw, nguni’t ang loob ng cell ay maaaring manatiling mainit (sa mga temperatura na hanggang sa daan-daang degrees). Maraming sunog ang muling nagsimula kahit matapos na sila ay “pinatay”. Anumang pagkilos na tumutuklap lamang sa mga apoy ay hindi sapat para masolusyunan ang problema nang tuluyan.

1. Ang gas ay ang pang-apat na problema. Kapag ang mga cell na gawa sa lithium ay nag-iiba, naglalabas ang mga ito ng carbon monoxide at hydrogen fluoride, pati na ibang mapanganib na kemikal. Ang hydrogen fluoride (HF) ay ang pinakamapanganib sa mga taong nagtatrabaho upang apagin ang sunog; kaya kinakailangang manatili sa tamang distansya at magsuot ng naaangkop na proteksyon sa palahingahan.

Ano ang talagang epektibong paraan upang masolusyunan ang problema?

Ang tubig, sa aspekto ng dami, ay ang basehan para sa paglalagay ng mga batas tungkol sa pagtugon sa sunog. Ang tanging paraan upang maampat ang paglawak ng sunog ay ang pag-alis ng init nang mas mabilis kaysa sa pagkakaroon nito sa pamamagitan ng reaksyon. Iyan ay nangangahulugang kailangang ilagay ang bagay na naglalaman ng baterya sa tubig o patuloy na palamigin hanggang ito ay malamig sa pagdakot, hindi lang hanggang matigil ang pagliit ng apoy. Para sa maliit na baterya ng mga gamit pangkonsumo gaya ng telepono o laptop, ang paglulubog nito sa isang balde ay sapat na. Para sa mas malalaking baterya, trato ito bilang isang proseso ng paglalamig, hindi bilang pagapagtapos sa sunog.

Ang mga “encapsulating agent” ay mga espesyal na sangkap na pinaghalo sa tubig; ang mga ito ay nagpapalabas ng init nang mabilis at nakakapag-encapsulate (nakakapag-ikabit) sa mga mapanganib na gas, upang hindi makapag-ignisa ang mga ito. Nagiging dahilan ang mga ito ng pagbaba ng init at pagkaunti ng usok, na napakahalaga lalo na kung ang tubig lamang ang gagamit, dahil maaaring magkalat ang nag-iikot-ikot na electrolyte at magpasimula ng sunog.

Ang “aerosol suppression” ay gumagamit ng mga compound na gawa sa potasyo na naglalabas ng maliliit na partikula at humihinto sa kemikal na reaksyon ng sunog. Ang mga sistema na ito ay kayang patayin ang sunog, maging sa iisang selula man o sa maraming selula, sa loob ng ilang segundong lamang; kaya ginagamit ang mga ito sa mga nakapaligid na kagamitan at ilang lugar ng pag-iimbak. Subalit ang mga ito ay hindi gaanong epektibo sa paglalamig kumpara sa tubig, kaya kinakailangan pa ring magbantay sa maaaring pagbalik ng sunog.

Ang mga fire blanket (panulak na panunupil sa sunog) ay lamang panandaliang solusyon. Ang mga panulak na espesyal para sa mga baterya na gumagamit ng lithium ay nakakapagpatay ng apoy at nakakapagbloke sa init na nagmumula dito. Nagbibigay-daan ang mga ito ng oras para masupil ang maliit na sunog, gaya ng sunog na nagmula sa laptop o pack ng e-bike. Subalit, hindi nila nalulutas ang tunay na dahilan ng pagkakaroon ng sunog, kaya ang mga ito ay lamang paraan upang makapaglakbay patungo sa ligtas na lugar o gumamit ng tubig upang mapawi ang apoy—hindi ang tunay na solusyon sa problema.

Para sa malalaking pagkakasangkot ng mga baterya: Dapat protektahan ang mga bagay na nasa paligid ng lugar na nagaganap ang sunog at hayaan lamang na matapos ang sunog. Kapag ang sunog ay sumasaklaw na sa rack ng mga baterya o malalaking pack ng baterya, ang karaniwang pamamaraan ng mga kagawaran ng pagtugon sa sunog ay protektahan ang mga bagay na nasa paligid at hayaan lamang na matapos ang mga bateryang apektadong sunog habang pinapalamig ang mga kalapit na baterya. Ang desisyon kung ito ang gagawin ay nasa mga kagawaran ng pagtugon sa sunog, hindi sa mga tauhan ng pasilidad. Ngunit ang pag-alam sa ganitong pamamaraan nang patiuna ay makakatulong upang maiwasan ang pagpilit na “labanan” ang sunog na sa katunayan ay hindi kayang mapawi.

Pag-iwas: ang mga tuntunin na aming ipinapatupad sa ating mga sariling kahon na naglalagay ng mga baterya

Naglalagay kami ng mga bateryang LiFePO₄ (lithium iron phosphate) sa ating mga ilaw sa kalye, at pinili namin ang ganitong kompuwestong kemikaliko sa bahagi dahil sa sumunod na rason: Ang pag-uumpisa ng “thermal runaway” (paglalaan ng labis na init na maaaring maging sanhi ng pagsabog ng baterya) sa mga bateryang LiFePO₄ ay nasa mga 270°C, habang sa mga bateryang gumagamit ng kompuwestong kemikaliko na base sa nickel ay nasa mga 150–210°C (karaniwang mga halaga sa industriya, na nagbabago depende sa kompuwestong kemikaliko at disenyo ng baterya). Ang mga bateryang LiFePO₄ ay hindi fireproof (hindi lumalaban sa apoy); walang baterya na ganito. Ngunit ang pagkakaroon ng “margin” (karagdagang kapasidad o reserbadong kapasidad) ay napakahalaga, at ang “margin” ang siyang basehan ng mga pag-iingat upang maiwasan ang mga potensyal na problema.

• Magcharge gamit ang tamang charger, at magbantay habang nagchcharge. Gamitin ang charger na kasama ng device o ang charger na may magkaparehong mga spec. Huwag iwan ang battery na nagchcharge nang magdamag o nang walang pagmamatyag. Panatilihing may sapat na hangin sa lugar kung saan nagchcharge ang battery—huwag kailanman magcharge sa isang masikip na lugar.
• Iimbak sa malalamig na lugar at kapag nasa 50% ng kapasidad. Ang temperatura na 5–20°C ang inirerekomendang temperatura para sa pag-iimbak. Para sa pangmatagalang pag-iimbak, panatilihing nasa 50% ng kapasidad ang battery at suriin ito nang regular. Huwag kailanman iimbak ang battery sa dashboard o malapit sa heater.
• Iwasan ang mga senyales ng problema. Kung ang battery ay namumula, nagkakasira, o nagtatagas, ito ay hindi na maaaring mapaglagay sa muling paggamit; gayundin ang mga kaso ng abnormal na pag-init, pagpapahaba ng oras ng pagchcharge, at kapansanan sa kapasidad ng battery. Tumigil na sa paggamit nito.
• Itapon sa pamamagitan ng recycling. Ang mga lumang battery ay dapat itapon sa pasilidad para sa recycling, hindi sa basura. Para sa mga negosyong nagtataglay ng malaking bilang ng battery, ito ay bahagi rin ng kanilang mga obligasyon sa pagpapatupad ng mga regulasyon—maglaan ng oras para sa regular na pagsusuri ng mga sistema ng pagtugon sa sunog.

Ano ang hindi nasasaklaw ng pahinang ito?

Ang pahinang ito ay tumutukoy sa pag-aasal at mga paraan ng pagbibigay ng reaksyon kapag nagkakaroon ng sunog sa mga bateryang lithium, para sa mga bateryang ginagamit sa mga produkto ng konsumer at ilang produkto sa medyo malaking skala ng negosyo. Hindi ito sumasaklaw sa disenyo ng mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya mula sa mga baterya sa skala ng grid (Battery Energy Storage Systems o BESS), mga pamamaraan ng pagpapatupad ng mga regulasyon ng NFPA 855, o mga regulasyon tungkol sa pagtransportasyon ng mga materyales na mapanganib – mga ito ay mga ibang larangan na mayroong sarili nilang mga code. Para sa impormasyon tungkol sa kung paano namin isinasama ang mga sistema ng proteksyon laban sa init sa aming mga produkto, tingnan ang aming Gabay sa Temperatura ng Kapaligiran ng Baterya; para naman sa pagkalkula ng sukat ng mga sistema na gumagamit ng baterya, tingnan ang Kalkulator para sa Pagkalkula ng Sukat ng Baterya.