Litiumparistojen turvallisuus on aina ollut teollisuuden huolenaihe. Erityisen materiaalirakenteensa ja monimutkaisen toimintaympäristönsä vuoksi tulipalo aiheuttaa laitevaurioita, omaisuuden menetyksiä ja jopa henkilövahinkoja. Litiumpariston tulipalon jälkeen hävittäminen on vaikeaa, kestää kauan ja sisältää usein suuren määrän myrkyllisiä kaasuja. Siksi oikea-aikainen sammutus voi tehokkaasti hallita palon leviämistä, välttää laajaa palamista ja antaa henkilökunnalle enemmän aikaa paeta.

Litium-ioni-akkujen termisen karantumisprosessin aikana tapahtuu usein savua, tulipaloa ja jopa räjähdystä. Siksi lämmön karkaamisen ja diffuusioongelman hallinnasta on tullut litiumakkutuotteiden suurin haaste käytön aikana. Oikean palonsammutustekniikan valinnalla voidaan estää akun lämpöpurkauksen leviäminen edelleen, millä on suuri merkitys tulipalon estämisessä.

Tässä artikkelissa esitellään markkinoilla tällä hetkellä saatavilla olevat yleiset palosammuttimet ja sammutusmekanismit sekä analysoidaan erityyppisten sammuttimien etuja ja haittoja.

Palosammuttimien tyypit

Tällä hetkellä markkinoilla olevat sammuttimet jaetaan pääasiassa kaasusammuttimiin, vesipohjaisiin sammuttimiin, aerosolisammuttimiin ja jauhesammuttimiin. Alla on johdanto kunkin sammutintyypin koodeihin ja ominaisuuksiin.

perfluoriheksaani: Perfluoriheksaani on lueteltu OECD:n ja US EPA:n PFAS-luettelossa. Siksi perfluoriheksaanin käytön sammutusaineena tulee noudattaa paikallisia lakeja ja määräyksiä ja olla yhteydessä ympäristöalan sääntelyvirastoihin. Koska perfluoriheksaanin lämpöhajoamistuotteet ovat kasvihuonekaasuja, se ei sovellu pitkäaikaiseen, suuriannoksiseen jatkuvaan ruiskutukseen. On suositeltavaa käyttää sitä yhdessä vesisuihkujärjestelmän kanssa.

Trifluorimetaani:Trifluorimetaaniaineita valmistaa vain muutama valmistaja, eikä tämäntyyppisiä sammutusaineita sääteleviä erityisiä kansallisia standardeja ole. Ylläpitokustannukset ovat korkeat, joten sen käyttöä ei suositella.

Heksafluoripropaani:Tämä sammutusaine on altis vaurioittaa laitteita tai laitteita käytön aikana, ja sen globaali lämpenemispotentiaali (GWP) on suhteellisen korkea. Siksi heksafluoripropaania voidaan käyttää vain väliaikaisena sammutusaineena.

Heptafluoripropaani:Kasvihuoneilmiön vuoksi sitä rajoitetaan vähitellen eri maissa, ja se on edessään poistaminen. Tällä hetkellä heptafluoripropaaniaineiden valmistus on lopetettu, mikä johtaa ongelmiin olemassa olevien heptafluoripropaanijärjestelmien täyttämisessä huollon aikana. Siksi sen käyttöä ei suositella.

Inertti kaasu:Sisältää IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, joista IG 541 on laajemmin käytetty ja kansainvälisesti tunnustettu vihreänä ja ympäristöystävällisenä palonsammutusaineena. Sen haittoja ovat kuitenkin korkeat rakennuskustannukset, kaasupullojen suuri kysyntä ja suuri tilankäyttö.

Vesipohjainen aine:Hienojakoisia vesisumusammuttimia käytetään laajalti, ja niillä on paras jäähdytysvaikutus. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että vedellä on suuri ominaislämpökapasiteetti, joka voi nopeasti imeä suuren määrän lämpöä, jäähdyttäen akun sisällä reagoimattomia aktiivisia aineita ja siten estäen lämpötilan nousua. Vesi kuitenkin vahingoittaa merkittävästi akkuja, eikä se ole eristävä, mikä johtaa akun oikosulkuihin.

Aerosoli:Ympäristöystävällisyytensä, myrkyttömyytensä, alhaisten kustannusten ja helpon huollon ansiosta aerosolista on tullut yleisin palonsammutusaine. Valitun aerosolin tulee kuitenkin olla YK-määräysten ja paikallisten lakien ja määräysten mukainen, ja paikallinen kansallinen tuotesertifiointi vaaditaan. Aerosoleilla ei kuitenkaan ole jäähdytyskykyä, ja niiden käytön aikana akun lämpötila pysyy suhteellisen korkeana. Kun sammutusainetta lakkaa vapautumasta, akku on altis uudelleensytytykseen.

Sammutusaineiden tehokkuus

Kiinan tiede- ja teknologiayliopiston State Key Laboratory of Fire Science suoritti tutkimuksen, jossa verrattiin ABC-kuivajauheen, heptafluoripropaanin, veden, perfluoriheksaanin ja CO2-palosammutusaineiden sammutusvaikutuksia 38 A litiumioniakulla.

Palonsammutusprosessien vertailu

ABC-jauhe, heptafluoripropaani, vesi ja perfluoriheksaani voivat kaikki nopeasti sammuttaa akkupalot ilman uudelleensytytystä. CO2-sammuttimet eivät kuitenkaan pysty sammuttamaan akkupaloa tehokkaasti ja voivat aiheuttaa uudelleensyttymisen.

Palontorjuntatulosten vertailu

Lämpökarkaamisen jälkeen litiumakkujen käyttäytyminen palosammuttimien vaikutuksesta voidaan jakaa karkeasti kolmeen vaiheeseen: jäähdytysvaihe, nopean lämpötilan nousun vaihe ja hitaan lämpötilan laskun vaihe.

Ensimmäinen vaiheon jäähdytysvaihe, jossa akun pinnan lämpötila laskee sammutusaineen vapautumisen jälkeen. Tämä johtuu pääasiassa kahdesta syystä:

• Akun tuuletus: Ennen litiumioniakkujen lämpöpoistoa akun sisään kerääntyy suuri määrä alkaaneja ja CO2-kaasua. Kun akku saavuttaa painerajansa, varoventtiili avautuu vapauttaen korkeapaineista kaasua. Tämä kaasu kuljettaa aktiiviset aineet akun sisällä ja tarjoaa samalla akun jäähdytysvaikutuksen.
• Sammutusaineen vaikutus: Sammutusaineen jäähdytysvaikutus tulee pääosin kahdesta osasta: lämmön absorptio faasimuutoksen aikana ja kemiallinen eristysvaikutus. Vaiheenmuutoslämmön absorptio poistaa suoraan akun tuottaman lämmön, kun taas kemiallinen eristysvaikutus vähentää epäsuorasti lämmön muodostumista keskeyttämällä kemialliset reaktiot. Vedellä on merkittävin jäähdytysvaikutus korkean ominaislämpökapasiteetin ansiosta, jolloin se imee nopeasti suuren määrän lämpöä. Perfluoriheksaani seuraa, kun taas HFC-227ea, CO2 ja ABC kuivajauhe eivät osoita merkittäviä jäähdytysvaikutuksia, mikä liittyy sammutteiden luonteeseen ja mekanismiin.

Toinen vaihe on nopea lämpötilan nousuvaihe, jossa akun lämpötila nousee nopeasti minimiarvostaan ​​huippuun. Koska sammutusaineet eivät pysty täysin pysäyttämään hajoamisreaktiota akun sisällä, ja useimpien sammuttimien jäähdytysvaikutus on huono, akun lämpötila näyttää lähes pystysuoraa nousutrendiä eri sammuttimilla. Lyhyessä ajassa akun lämpötila nousee huippuunsa.

Tässä vaiheessa eri sammutusaineiden tehokkuudessa akun lämpötilan nousun estämisessä on merkittävä ero. Tehokkuus laskevassa järjestyksessä on vesi > perfluoriheksaani > HFC-227ea > ABC kuivajauhe > CO2. Kun akun lämpötila kohoaa hitaasti, se tarjoaa enemmän vasteaikaa akun palovaroituksiin ja enemmän reagointiaikaa käyttäjille.

Johtopäätös

1. CO2: Palonsammuttimilla, kuten CO2:lla, jotka toimivat ensisijaisesti tukehtumalla ja eristämällä, on huonot akkupalojen estovaikutukset. Tässä tutkimuksessa CO2:n kanssa tapahtui vakavia uudelleensyttymisilmiöitä, joten se ei sovellu litiumakkujen tulipaloihin.
2. ABC Dry Powder / HFC-227ea: ABC-kuivajauhe ja HFC-227ea-palosammuttimet, jotka toimivat ensisijaisesti eristyksen ja kemiallisen tukahduttamisen kautta, voivat osittain estää ketjureaktioita akun sisällä. Niillä on hieman parempi vaikutus kuin CO2:lla, mutta koska niillä ei ole jäähdytysvaikutuksia eivätkä ne pysty täysin estämään akun sisäisiä reaktioita, akun lämpötila nousee silti nopeasti sammutusaineen vapautumisen jälkeen.
3. Perfluoriheksaani: Perfluoriheksaani ei ainoastaan ​​estä akun sisäisiä reaktioita, vaan myös imee lämpöä höyrystymisen kautta. Siksi sen estovaikutus akkupaloihin on huomattavasti parempi kuin muiden sammutteiden.
4. Vesi: Kaikista sammutusaineista vedellä on ilmeisin sammutusvaikutus. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että vedellä on suuri ominaislämpökapasiteetti, minkä ansiosta se imee nopeasti suuren määrän lämpöä. Tämä jäähdyttää akun sisällä reagoimattomia aktiivisia aineita ja estää siten lämpötilan nousun. Vesi kuitenkin vahingoittaa merkittävästi akkuja, eikä sillä ole eristysvaikutusta, joten sen käytössä tulee olla erittäin varovainen.

Mitä meidän pitäisi valita?

Olemme kartoittaneet useiden tällä hetkellä markkinoilla olevien energian varastointijärjestelmävalmistajien käyttämät palontorjuntajärjestelmät, joissa käytetään pääasiassa seuraavia sammutusratkaisuja:

• Perfluoriheksaani + vesi
• Aerosoli + vesi

Sen voi nähdäsynergistiset sammutusaineet ovat litiumparistojen valmistajien yleisin trendi. Perfluoriheksaani + vesi esimerkkinä, perfluoriheksaani voi nopeasti sammuttaa avotulen, mikä helpottaa hienon vesisumun koskettamista akun kanssa, kun taas hieno vesisumu voi tehokkaasti jäähdyttää sitä. Yhteistyöllä on paremmat sammutus- ja jäähdytysvaikutukset verrattuna yhden sammutusaineen käyttöön. Tällä hetkellä EU:n uusi akkuasetus edellyttää tulevien akkujen tarrojen sisältävän saatavilla olevat sammutusaineet. Valmistajien on myös valittava sopiva sammutusaine tuotteidensa, paikallisten määräysten ja tehokkuuden perusteella.