A seguridade das baterías de litio sempre foi unha preocupación na industria. Debido á súa estrutura de material especial e ao seu complexo ambiente operativo, unha vez que se produce un accidente de incendio, provocará danos no equipo, perda de bens e mesmo vítimas. Despois de que se produza un incendio da batería de litio, a eliminación é difícil, leva moito tempo e moitas veces implica a xeración dunha gran cantidade de gases tóxicos. Polo tanto, a extinción oportuna do lume pode controlar eficazmente a propagación do lume, evitar queimas extensas e proporcionar máis tempo ao persoal para escapar.

Durante o proceso de fuga térmica das baterías de iones de litio, adoita producirse fume, lume e mesmo explosión. Polo tanto, controlar o problema da fuga térmica e da difusión converteuse no principal desafío ao que se enfrontan os produtos de baterías de litio no proceso de uso. Escoller a tecnoloxía de extinción de incendios adecuada pode evitar a maior propagación da fuga térmica da batería, o que é de gran importancia para suprimir a aparición de incendios.

Este artigo presentará os principais extintores e mecanismos de extinción dispoñibles actualmente no mercado e analizará as vantaxes e inconvenientes dos distintos tipos de extintores.

Tipos de extintores

Actualmente, os extintores do mercado divídense principalmente en extintores de gas, extintores a base de auga, extintores de aerosol e extintores de po seco. A continuación preséntase unha introdución aos códigos e características de cada tipo de extintor.

Perfluorohexano: O perfluorohexano foi listado no inventario PFAS da OCDE e da US EPA. Polo tanto, o uso de perfluorohexano como axente de extinción de incendios debe cumprir coas leis e regulamentos locais e comunicarse coas axencias reguladoras ambientais. Dado que os produtos do perfluorohexano na descomposición térmica son gases de efecto invernadoiro, non é adecuado para a pulverización continua a longo prazo de grandes doses. Recoméndase usalo en combinación cun sistema de pulverización de auga.

Trifluorometano:Os axentes de trifluorometano só son producidos por algúns fabricantes e non existen normas nacionais específicas que regulen este tipo de axentes extintores. O custo de mantemento é elevado, polo que non se recomenda o seu uso.

Hexafluoropropano:Este axente extintor é propenso a danar dispositivos ou equipos durante o seu uso e o seu potencial de quecemento global (GWP) é relativamente alto. Polo tanto, o hexafluoropropano só se pode usar como axente extintor de incendios transitorio.

Heptafluoropropano:Debido ao efecto invernadoiro, está sendo restrinxido gradualmente por varios países e enfrontarase á súa eliminación. Actualmente, os axentes de heptafluoropropano descontinuáronse, o que provocará problemas para recargar os sistemas de heptafluoropropano existentes durante o mantemento. Polo tanto, non se recomenda o seu uso.

Gas inerte:Incluíndo IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, entre os que IG 541 é máis utilizado e internacionalmente recoñecido como un axente extintor de incendios ecolóxico e respectuoso co medio ambiente. Non obstante, ten as desvantaxes do alto custo de construción, a gran demanda de cilindros de gas e a gran ocupación do espazo.

Axente a base de auga:Os extintores de néboa de auga fina úsanse amplamente e teñen o mellor efecto de arrefriamento. Isto débese principalmente a que a auga ten unha gran capacidade de calor específica, que pode absorber rapidamente unha gran cantidade de calor, arrefriando as substancias activas sen reaccionar dentro da batería e inhibindo así o aumento da temperatura. Non obstante, a auga causa danos importantes nas baterías e non é illante, o que provoca curtocircuítos nas baterías.

Aerosol:Debido á súa compatibilidade ambiental, non toxicidade, baixo custo e fácil mantemento, o aerosol converteuse no principal axente extintor de incendios. Non obstante, o aerosol seleccionado debe cumprir as normativas da ONU e as leis e regulamentos locais, e é necesaria a certificación do produto nacional local. Non obstante, os aerosois carecen de capacidades de refrixeración e durante a súa aplicación, a temperatura da batería segue sendo relativamente alta. Despois de que o axente extintor deixa de liberarse, a batería é propensa a reiniciarse.

Eficacia dos extintores

O State Key Laboratory of Fire Science da Universidade de Ciencia e Tecnoloxía de China realizou un estudo que compara os efectos de extinción de incendios dos extintores de po seco ABC, heptafluoropropano, auga, perfluorohexano e CO2 nunha batería de iones de litio de 38 A.

Comparación de procesos de extinción de incendios

O po seco ABC, o heptafluoropropano, a auga e o perfluorohexano poden extinguir rapidamente os incendios das baterías sen reencender. Non obstante, os extintores de CO2 non poden extinguir eficazmente os incendios das baterías e poden provocar o reinicio.

Comparación de resultados de extinción de incendios

Despois da fuga térmica, o comportamento das baterías de litio baixo a acción dos extintores pódese dividir aproximadamente en tres etapas: a fase de arrefriamento, a fase de aumento rápido da temperatura e a fase de descenso lento da temperatura.

A primeira etapaé a fase de arrefriamento, na que a temperatura da superficie da batería diminúe despois de que se libera o extintor. Isto débese principalmente a dúas razóns:

• Ventilación da batería: antes da fuga térmica das baterías de iones de litio, acumúlase unha gran cantidade de alcanos e gas CO2 no interior da batería. Cando a batería alcanza o seu límite de presión, a válvula de seguridade ábrese, liberando gas de alta presión. Este gas leva a cabo as substancias activas dentro da batería á vez que proporciona algún efecto de arrefriamento á batería.
• Efecto do extintor de incendios: o efecto de arrefriamento do extintor de incendios provén principalmente de dúas partes: a absorción de calor durante o cambio de fase e o efecto de illamento químico. A absorción de calor por cambio de fase elimina directamente a calor xerada pola batería, mentres que o efecto de illamento químico reduce indirectamente a xeración de calor ao interromper as reaccións químicas. A auga ten o efecto de arrefriamento máis significativo debido á súa alta capacidade calorífica específica, o que lle permite absorber unha gran cantidade de calor rapidamente. O perfluorohexano segue, mentres que o HFC-227ea, o CO2 e o po seco ABC non mostran efectos de arrefriamento significativos, que están relacionados coa natureza e o mecanismo dos extintores.

A segunda etapa é a fase de aumento rápido da temperatura, na que a temperatura da batería aumenta rapidamente desde o seu valor mínimo ata o seu pico. Dado que os extintores non poden deter completamente a reacción de descomposición dentro da batería e a maioría dos extintores teñen efectos de arrefriamento pobres, a temperatura da batería mostra unha tendencia ascendente case vertical para diferentes extintores. Nun curto período de tempo, a temperatura da batería sobe ao seu máximo.

Nesta fase, hai unha diferenza significativa na eficacia dos distintos extintores para inhibir o aumento da temperatura da batería. A eficacia en orde descendente é auga > perfluorohexano > HFC-227ea > po seco ABC > CO2. Cando a temperatura da batería aumenta lentamente, proporciona máis tempo de resposta para o aviso de incendio da batería e máis tempo de reacción para os operadores.

Conclusión

1. CO2: Os extintores de incendios como o CO2, que actúan principalmente por asfixia e illamento, teñen efectos inhibidores pobres sobre os incendios das baterías. Neste estudo producíronse graves fenómenos de reignición co CO2, polo que non é apto para incendios de baterías de litio.
2. ABC Dry Powder / HFC-227ea: O po seco ABC e os extintores de incendios HFC-227ea, que actúan principalmente mediante o illamento e a supresión química, poden inhibir parcialmente as reaccións en cadea dentro da batería ata certo punto. Teñen un efecto lixeiramente mellor que o CO2, pero dado que carecen de efectos de refrixeración e non poden bloquear completamente as reaccións internas na batería, a temperatura da batería aínda aumenta rapidamente despois de soltar o extintor.
3. Perfluorohexano: o perfluorohexano non só bloquea as reaccións internas da batería senón que tamén absorbe calor mediante a vaporización. Polo tanto, o seu efecto inhibidor sobre os incendios da batería é significativamente mellor que outros extintores.
4. Auga: entre todos os extintores de incendios, a auga ten o efecto de extinción de incendios máis evidente. Isto débese principalmente a que a auga ten unha gran capacidade calorífica específica, o que lle permite absorber rapidamente unha gran cantidade de calor. Isto arrefría as substancias activas sen reaccionar dentro da batería, inhibindo así o aumento da temperatura. Non obstante, a auga causa danos importantes nas baterías e non ten ningún efecto de illamento, polo que o seu uso debe ser extremadamente cauteloso.

Que debemos escoller?

Analizamos os sistemas de protección contra incendios utilizados por varios fabricantes de sistemas de almacenamento de enerxía actualmente no mercado, empregando principalmente as seguintes solucións de extinción de incendios:

• Perfluorohexano + Auga
• Aerosol + Auga

Pódese ver queaxentes de extinción de incendios sinérxicos son a tendencia principal para os fabricantes de baterías de litio. Tomando Perfluorohexano + Auga como exemplo, o perfluorohexano pode extinguir rapidamente as chamas abertas, facilitando o contacto da néboa de auga fina coa batería, mentres que a néboa de auga fina pode arrefriala eficazmente. O funcionamento cooperativo ten mellores efectos de extinción de incendios e refrixeración en comparación co uso dun só axente extintor. Actualmente, o novo Regulamento sobre baterías da UE esixe que as futuras etiquetas das baterías inclúan axentes extintores dispoñibles. Os fabricantes tamén deben escoller o axente extintor de incendios axeitado en función dos seus produtos, das normativas locais e da eficacia.