|
|
Uszkodzenia baterii mogą być spowodowane kwestiami związanymi z projektem i montażem sprzętu elektrycznego i elektronicznego, nieprawidłowym obchodzeniem się z bateriami litowymi, w tym typu litowo-jonowego i sprzętem elektrycznym na różnych etapach cyklu wysyłki, nieprawidłowym ich użytkowaniem, przechowywaniem i transportem po zakończeniu eksploatacji.
|
Działania wpływające na żywotność oraz użytkowanie baterii
- Zwarcia są zazwyczaj spowodowane przez zewnętrzny materiał, który łączy bieguny tej samej baterii lub ogniwa. Taka sytuacja może spowodować poważny incydent, jeśli bateria lub ogniwo ma jeszcze wystarczającą moc w środku. Materiałem zewnętrznym może być np. inna bateria z metalową powłoką lub odpady otaczające baterię.
- Fizyczne uderzenie lub wstrząs użytego sprzętu elektrycznego bądź baterii może również wywołać zdarzenie termiczne, ponieważ może uszkodzić i przesunąć materiały mające kontakt z bateriami (np. płytkę drukowaną), a tym samym połączyć bieguny baterii i spowodować zwarcie.
- Narażenie na działanie ciepła: narażenie na działanie skrajnych temperatur (> +60°C / < -20°C) może spowodować zwarcie.
- Uszkodzenia ogniw/modułów spowodowane np. starzeniem się baterii, które mogą prowadzić również do zwarcia (tj. gdy zniszczeniu ulegają podatne na uszkodzenia materiały wewnątrz baterii). Obejmuje to tworzenie dendrytów, które odnosi się do wzrostu przewodzących kryształów wewnątrz akumulatora litowego. Kryształy mogą wystawać poza separator biegunów i tworzyć wewnętrzne zwarcie prowadzące do termicznego runu. Tworzenie się dendrytów jest zwykle spowodowane kombinacją starzenia się i niedoskonałego procesu ładowania/rozładowywania. Baterie litowe bez obudowy są również uważane za uszkodzone. Gdy brakuje obudowy, bieguny baterii znajdują się bliżej siebie (np. w odległości mniejszej niż 1 mm), co zwiększa ryzyko ich kontaktu i spowodowania zwarcia. Dodatkowo metalowa osłona, którą chroni zewnętrzna obudowa, może działać jak materiał łączący bieguny i powodujący zwarcie.
Ucieczka ciepła występuje, gdy ogniwo osiągnie temperaturę, przy której temperatura będzie dalej rosła samoistnie, ponieważ powstaje tlen, który zasila ogień (dosłownie). Gdy temperatura ogniwa osiągnie około 80°C, warstwa chroniąca anodę (SEI) zaczyna się rozkładać i rozpadać w reakcji generującej ciepło na skutek reakcji litu z rozpuszczalnikami użytymi w elektrolicie. W temperaturze około 100°C-120°C elektrolit zaczyna się rozpadać w innej reakcji uwalniając ciepło, które z kolei generuje różne gazy wewnątrz ogniwa. Gazy, które mogą powstać podczas tej reakcji, w zależności od chemii ogniwa, to dwutlenek węgla, tlenek węgla, metan, etan, etylen i wodór.
Gdy temperatura zbliża się do 120°C-130°C, separator (warstwa oddzielająca anodę i katodę) w końcu topi się, pozwalając elektrodom anody i katody zetknąć się i spowodować wewnętrzne zwarcie, generując więcej ciepła. W miarę wzrostu temperatury, mniej więcej pomiędzy 130°C-150°C, katoda zaczyna się rozpadać w kolejnej reakcji chemicznej, która uwalnia ciepło wraz z elektrolitem, co również generuje tlen. To właśnie to uwalnianie tlenu wraz z węglanowym elektrolitem LiPF63 , który w końcu pozwala na spalenie się ogniwa i zapłon. Rozkład materiału aktywnego katody jest reakcją wysoce egzotermiczną, która generuje dużo ciepła i nadal prowadzi ogniwo do ostatecznej awarii i pożaru.
Gdy temperatura wzrośnie powyżej 150-180°C, reakcja może stać się samowystarczalna, jeśli ogniwo nie będzie szybko odprowadzać wytwarzanego ciepła. W tym momencie ogniwo znajduje się w tak zwanym "rozbiegu termicznym", ponieważ wytwarzanie tlenu sprawia, że ogień jest samowystarczalny aż do zużycia całego paliwa. Jeżeli wewnątrz ogniwa nadal gromadzą się gazy, ogniwo może pęknąć lub odpowietrzyć się przez zawór bezpieczeństwa, wydalając w tym momencie palne gazy węglowodorowe i elektrolity hydrofluorowęglowe. Wprowadzenie iskry mogłoby spowodować zapłon elektrolitu i gazów, powodując płomień, pożar i potencjalnie wybuch. Ale jeśli ciśnienie będzie nadal rosło, możliwe jest również, że ogniwo pęknie i wyrzuci "galaretkę" z obudowy.
Temperatura początkowa reakcji uwalniania ciepła i rozruchu termicznego zależy od składu chemicznego ogniw baterii i ich stanu naładowania. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższe napięcie ogniwa lub stan naładowania, tym niższa jest temperatura początkowa rozbiegu termicznego. Dla ogniw akumulatorowych o tym samym składzie chemicznym zmienia się ona w zależności od historii obciążenia konkretnego ogniwa i zdarzenia nadużycia. Przeprowadzone badania wykazały, że temperatury powyżej 170°C mogą wywołać eksplozje, które mogą szybko wzrosnąć do temperatur do 700°C -800°C.
Należy zauważyć, że dla operatorów recyklingu zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego incydent z baterią jest źródłem zapłonu sprzętu otaczającego, który jest zwykle wysoce łatwopalną mieszaniną metali i tworzyw sztucznych oraz łatwopalnych zanieczyszczeń (cieczy, tłuszczów, pyłów itp.). Poważne zdarzenie może zniszczyć duże ilości tego sprzętu, wydzielać toksyczne opary i uszkodzić budynki i sprzęt do przetwarzania, które często są wyposażone w kosztowny sprzęt do wykrywania i nie są zbudowane tak, aby wytrzymać intensywne ciepło.
Jednym ze sposobów zapobiegania propagacji ciepła oraz ognia jest stosowanie specjalnych szaf oraz pojemników do przechowywania baterii oraz akumulatorów. Znajdziecie je w naszej ofercie: TUTAJ. Zapraszamy także do kontaktu: info@topserw.pl.
