25 lat Baza wiedzy Magazyny - Przechowywanie substancji Szafy - Składowanie substancji Przechowywanie akumulatorów i baterii Sorbenty - Usuwanie rozlewów Wanny wychwytowe - Magazynowanie substancji Pojemniki na substancje niebezpieczne Oczomyjki - Bezpieczna praca Water-Jel - Pierwsza pomoc Lockout/Tagout - System znakowania i etykiet Mobilne stacje - Zestawy do dystrybucji paliw Narzędzia i latarki - Ochrona przeciwwybuchowa Maty - Wykładziny przemysłowe Lejki - Przelewanie substancji niebezpiecznych Zdroje - Urządzenia do dystrybucji wody pitnej Bezpieczny ruch TopOil - Pojemniki na oleje

Działania, które mogą wywołać pożar baterii jonowo-litowych

Baterie litowo-jonowe są powszechnie stosowane w naszym codziennym życiu. Wynika to z faktu, że mogą być one znacznie mniejsze i lżejsze niż poprzednie generacje akumulatorów, a jednocześnie zapewniają taką samą moc. Są coraz częściej stosowane we wszelkiego rodzaju produktach elektrycznych i elektronicznych, co wpływa na ich utylizację i często powoduje powstawanie zjawisk termicznych. Dowiedz się, co może być ich przyczyną.

Baterie litowe są tworzone z myślą o zapewnieniu wysokiej wydajności przy minimalnej wadze. Z tego powodu elementy baterii są projektowane tak, aby były lekkie, co przekłada się na cienkie przegrody między ogniwami i cienką powłokę zewnętrzną. Przegrody lub powłoki są kruche i można je łatwo przebić. W wielu przypadkach, działania powodują (wewnętrzne lub zewnętrzne) połączenie biegunów baterii (+ i -) - które w normalnych i bezpiecznych warunkach są rozdzielone - co może następnie spowodować zwarcie. Zwarcia mogą być albo nieszkodliwe, albo odpowiedzialne za zainicjowanie zdarzenia termicznego (np. iskry, pożar, wybuch itp.). W dużym stopniu zależy to od tego, czy akumulator jest jeszcze naładowany, czy nie. Drugim powodem jest to, że akumulator może nagrzewać się do punktu ucieczki termicznej. W takim przypadku ciepło zawartości wywiera nacisk na akumulator, potencjalnie powodując wybuch.

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

Większość działań, które mogą mieć wpływ na zużyty sprzęt elektryczny i elektroniczny zawierający baterie litowe to:

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.

Przykłady uszkodzonych akumulatorów (Źródło: INOBAT).

Baterie podlegające wycofaniu z powodu wad produkcyjnych są podatne na przegrzanie, czyli sytuację, która potencjalnie może spowodować zdarzenie termiczne. Baterie kieszonkowe i elastyczne muszą otrzymać szczególną uwagę i być traktowane jako baterie krytyczne, gdy wykazują deformację lub są spuchnięte.

Co dzieje się, gdy bateria litowa ulegnie awarii?

Przy około 150 Wh/kg gęstość energii ogniw litowo-jonowych jest niska w porównaniu z powszechnie stosowanymi paliwami. W większości ogniw litowo-jonowych bardzo reaktywne materiały są połączone w ciasnej przestrzeni i znajdują się bardzo blisko lotnych i wysoce łatwopalnych elektrolitów. Gdy bariery oddzielające te bardzo reaktywne materiały zostaną uszkodzone (patrz poprzedni rozdział), łańcuch reakcji chemicznych generujących ciepło tworzy efekt domina, który może zwiększyć temperaturę do 700-800 ºC, co bardzo utrudnia kontrolę temperatury ogniwa. Ponadto, podczas zdarzenia termicznego, baterie litowe mogą uwalniać palne gazy. Dym z pożaru baterii litowych zawiera substancje palne, rakotwórcze, toksyczne i żrące. Należy i należy wdrożyć środki bezpieczeństwa, aby uniknąć wdychania tych gazów.

W większości przypadków zdarzenie termiczne zaczyna się od wzrostu temperatury baterii (uszkodzenie termiczne). Może to dotyczyć albo tylko jednej części baterii, albo całej baterii (ciepło może rozszerzyć się później również na inne części baterii). Gdy temperatura osiągnie pewien punkt, z elektrolitu (źródło chemiczne zawarte w bateriach, które służy do produkcji energii elektrycznej) powstają gazy. Materiał, który oddziela anodę i katodę (separator) topi się powodując zwarcie. Może to uruchomić serię reakcji chemicznych (efekt domina), które doprowadzą do dodatkowego generowania i uwalniania gazów, iskier, a nawet uwolnienia tlenu na zewnątrz ogniwa.

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.