Безопасность литиевых батарей всегда вызывала беспокойство в отрасли. Из-за особой структуры материалов и сложных условий эксплуатации пожар может привести к повреждению оборудования, материальному ущербу и даже человеческим жертвам. После возгорания литиевой батареи утилизация затруднена, занимает много времени и часто сопровождается образованием большого количества токсичных газов. Таким образом, своевременное тушение пожара позволяет эффективно контролировать распространение огня, избежать обширных возгораний и предоставить персоналу больше времени для эвакуации.

В процессе термического разгона литий-ионных аккумуляторов часто возникает дым, возгорание и даже взрыв. Таким образом, контроль проблемы термического разгона и диффузии стал основной проблемой, с которой сталкиваются литиевые батареи в процессе использования. Выбор правильной технологии пожаротушения позволяет предотвратить дальнейшее распространение теплового разгона батареи, что имеет большое значение для подавления возникновения пожара.

В этой статье будут представлены основные огнетушители и механизмы пожаротушения, доступные в настоящее время на рынке, а также проанализированы преимущества и недостатки различных типов огнетушителей.

Виды огнетушителей

В настоящее время огнетушители на рынке в основном делятся на газовые огнетушители, огнетушители на водной основе, аэрозольные огнетушители и порошковые огнетушители. Ниже приведены коды и характеристики каждого типа огнетушителей..

Перфторгексан: Перфторгексан внесен в реестр PFAS ОЭСР и Агентства по охране окружающей среды США. Таким образом, использование перфторгексана в качестве средства пожаротушения должно соответствовать местным законам и правилам и согласовываться с органами экологического надзора. Поскольку продукты термического разложения перфторгексана представляют собой парниковые газы, он не пригоден для длительного непрерывного распыления большими дозами. Рекомендуется использовать его в сочетании с системой распыления воды.

Трифторметан:Трифторметановые агенты производятся лишь немногими производителями, и не существует конкретных национальных стандартов, регулирующих этот тип огнетушащих веществ. Стоимость обслуживания высока, поэтому его использование не рекомендуется.

Гексафторпропан:Это огнетушащее вещество склонно повреждать устройства или оборудование во время использования, а его потенциал глобального потепления (ПГП) относительно высок. Поэтому гексафторпропан можно использовать только как переходное средство пожаротушения.

Гептафторпропан:Из-за парникового эффекта его постепенно ограничивают различные страны, и ему грозит ликвидация. В настоящее время использование гептафторпропановых агентов прекращено, что приведет к проблемам с заправкой существующих гептафторпропановых систем во время технического обслуживания. Поэтому его использование не рекомендуется.

Инертный газ:В том числе IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, среди которых более широко используется IG 541, признанный на международном уровне как экологически чистый и экологически чистый огнетушащий агент. Однако у него есть недостатки: высокая стоимость строительства, высокий спрос на газовые баллоны и большая занимаемая площадь.

Агент на водной основе:Огнетушители с мелкодисперсным водяным туманом широко используются и обладают лучшим охлаждающим эффектом. Это происходит главным образом потому, что вода имеет большую удельную теплоемкость, которая может быстро поглощать большое количество тепла, охлаждая непрореагировавшие активные вещества внутри батареи и тем самым препятствуя дальнейшему повышению температуры. Однако вода наносит значительный вред батареям и не обеспечивает их изоляцию, что приводит к коротким замыканиям батарей.

Аэрозоль:Благодаря своей экологичности, нетоксичности, низкой стоимости и простоте обслуживания аэрозоль стал основным средством пожаротушения. Однако выбранный аэрозоль должен соответствовать нормам ООН и местным законам и правилам, а также требуется местная национальная сертификация продукта. Однако аэрозоли не обладают охлаждающими свойствами, и во время их применения температура аккумулятора остается относительно высокой. После того, как огнетушащее вещество перестанет выделяться, аккумулятор склонен к повторному возгоранию..

Эффективность огнетушителей

Государственная ключевая лаборатория пожарной науки Университета науки и технологий Китая провела исследование, сравнивающее огнетушащее действие сухого порошка ABC, гептафторпропана, воды, перфторгексана и CO2 на литий-ионном аккумуляторе 38А.

Сравнение процессов пожаротушения

Сухой порошок ABC, гептафторпропан, вода и перфторгексан могут быстро потушить возгорание батареи без повторного возгорания. Однако огнетушители CO2 не могут эффективно тушить возгорание аккумуляторной батареи и могут вызвать повторное возгорание.

Сравнение результатов пожаротушения

После термического разгона поведение литиевых батарей под действием огнетушащих веществ можно условно разделить на три стадии: стадию охлаждения, стадию быстрого повышения температуры и стадию медленного снижения температуры.

Первый этап— стадия охлаждения, на которой температура поверхности батареи снижается после выброса огнетушащего вещества. В основном это связано с двумя причинами:

• Вентиляция аккумулятора: перед выходом из строя литий-ионных аккумуляторов внутри аккумулятора накапливается большое количество алканов и газа CO2. Когда аккумулятор достигает предела давления, предохранительный клапан открывается, выпуская газ под высоким давлением. Этот газ уносит активные вещества внутрь батареи, а также оказывает на батарею некоторый охлаждающий эффект.
• Эффект огнетушителя: Охлаждающий эффект огнетушителя в основном состоит из двух частей: поглощения тепла во время фазового перехода и эффекта химической изоляции. Поглощение тепла с фазовым переходом напрямую отводит тепло, выделяемое аккумулятором, в то время как эффект химической изоляции косвенно снижает выделение тепла, прерывая химические реакции. Вода оказывает наиболее значительный охлаждающий эффект из-за своей высокой удельной теплоемкости, что позволяет ей быстро поглощать большое количество тепла. Далее следует перфторгексан, тогда как сухой порошок HFC-227ea, CO2 и ABC не проявляет значительного охлаждающего эффекта, что связано с природой и механизмом действия огнетушащих веществ.

Второй этап Это стадия быстрого повышения температуры, при которой температура батареи быстро возрастает от минимального значения до максимального значения. Поскольку огнетушители не могут полностью остановить реакцию разложения внутри батареи, а большинство огнетушителей обладают плохим охлаждающим эффектом, температура батареи имеет почти вертикальную тенденцию к повышению для различных огнетушителей. За короткий период температура батареи достигает своего пика..

На этом этапе существует значительная разница в эффективности различных огнетушителей в сдерживании повышения температуры батареи. Эффективность в порядке убывания: вода > перфторгексан > HFC-227ea > сухой порошок ABC > CO2. Когда температура батареи повышается медленно, это обеспечивает больше времени реагирования на предупреждение о возгорании батареи и больше времени реакции для операторов.

Заключение

1. CO2: Огнетушители, такие как CO2, которые действуют в первую очередь за счет удушья и изоляции, оказывают плохое ингибирующее действие при возгорании аккумуляторных батарей. В этом исследовании наблюдались серьезные явления повторного возгорания CO2, что делало его непригодным для возгорания литиевых батарей.
2. Сухой порошок ABC / HFC-227ea: Сухой порошок ABC и огнетушащие вещества HFC-227ea, которые в первую очередь действуют за счет изоляции и химического подавления, могут в некоторой степени частично ингибировать цепные реакции внутри батареи. Они оказывают немного лучший эффект, чем CO2, но поскольку им не хватает охлаждающего эффекта и они не могут полностью блокировать внутренние реакции в батарее, температура батареи все равно быстро повышается после выброса огнетушащего вещества.
3. Перфторгексан: Перфторгексан не только блокирует внутренние реакции батареи, но и поглощает тепло за счет испарения. Поэтому его ингибирующее действие при возгорании аккумуляторов значительно лучше, чем у других огнетушащих веществ.
4. Вода: Среди всех огнетушителей вода обладает наиболее очевидным огнетушащим эффектом. Это происходит главным образом потому, что вода имеет большую удельную теплоемкость, что позволяет ей быстро поглощать большое количество тепла. Это охлаждает непрореагировавшие активные вещества внутри аккумулятора, тем самым препятствуя дальнейшему повышению температуры. Однако вода наносит аккумуляторам существенный вред и не оказывает изолирующего эффекта, поэтому использовать ее следует крайне осторожно.

Что нам следует выбрать?

Мы исследовали системы противопожарной защиты, используемые в настоящее время на рынке несколькими производителями систем хранения энергии, в основном используя следующие решения пожаротушения:

• Перфторгексан + Вода
• Аэрозоль + Вода

Видно, чтосинергетические средства пожаротушения являются основной тенденцией для производителей литиевых батарей. Если взять в качестве примера перфторгексан + вода, то перфторгексан может быстро погасить открытое пламя, облегчая контакт мелкодисперсного водяного тумана с аккумулятором, а мелкодисперсный водяной туман может эффективно охладить его. Совместная работа имеет лучший эффект пожаротушения и охлаждения по сравнению с использованием одного огнетушащего вещества. В настоящее время новые правила ЕС по батареям требуют, чтобы на этикетках будущих батарей были указаны доступные средства пожаротушения. Производителям также необходимо выбрать подходящее средство пожаротушения с учетом своей продукции, местных норм и эффективности.