Аналіз ризиків та протоколи дій в критичних ситуаціях з літієвими акумуляторами

Наразі акумулятори літієвої хімії використовуються практично в усій сучасній техніці, від портативних пристроїв до електромобілів та зарядних станцій. Їхня висока енергетична щільність, хоча й є перевагою, але також має свої ризики. Ризиком таких АКБ є термічний розгін (thermal runaway) — це неконтрольована ланцюгова реакція, що призводить до сильного нагрівання, виділення токсичних газів, займання та, в деяких випадках, вибуху.

Враховуючи потенційну небезпеку будь-якого сучасного акумулятора — людям необхідно розуміння відмінностей між хімічними складами та знання чітких протоколів дій для збереження своїх життів та майна.

Проаналізуємо три поширені хімічні склади літієвих акумуляторів — Li-ion, Li-NMC та LiFePO4.

Літій-іонні: телефони, павербанки, збірки для FPV дронів

Літій-іонні акумулятори мають високу енергетичну щільність і у побуті використовуються в портативній електроніці, такій як телефони та павербанки, а військові застосовують його для живлення FPV дронів, коптерів, БАК.

Коли внутрішня температура акумулятора сягає близько 150-200°C, то катод починає виділяти значну кількість кисню при розкладанні, що, відповідно, живить пожежу. Характерною ознакою є надування корпусу акумулятора (так звана "гостра подушка"), що свідчить про накопичення газів і неминуче порушення герметичності, яке може призвести до вибуху або займання.

Протокол дій при перегріві та надуванні Li-ion

• Негайна ізоляція. Якнайшвидше перемістіть пристрій на негорючу поверхню, подалі від людей, горючих матеріалів та легкозаймистих рідин.
• Уникайте проколу. Категорично заборонено проколювати надутий акумулятор, оскільки це миттєво призведе до виходу газів, займання та, ймовірно, вибуху.
• Охолодження. Якщо ситуація ще не вийшла з-під контролю, тоді спробуйте обережно охолодити його, наприклад, кинувши у відро з піском або накривши металевим предметом. Вода може використовуватися для охолодження, але не для гасіння самої пожежі.
• Дійте швидко. Надування є критичною ознакою. Час на реакцію дуже обмежений.

Li-NMC: Електрокар, РЕБ, НРК

Акумулятори на основі нікель-марганець-кобальту (Li-NMC) часто використовуються для живлення засобів РЕБ та РЕР. А у цивільному житті дані елементи використовуються у більшості сучасних електромобілів. Вони мають низьку термічну стабільність, і їх термічний розгін є одним з найбільш небезпечних.

Пожежа NMC-батареї характеризується інтенсивним полум'ям, яке важко загасити, та виділенням великої кількості високотоксичних газів. Термічний розгін Li-NMC починається приблизно при тій самій температурі, що і в Li-ion. Характерними ознаками розгіну для цієї хімії є: шипіння, дим, сильне нагрівання та запах.

Протокол дій при шипінні Li-NMC

• НЕГАЙНА ЕВАКУАЦІЯ. Шипіння в NMC-батареї є ознакою того, що термічна втеча вже почалася або неминуча. Це критична ситуація, що вимагає негайно евакуювати всіх осіб від джерела небезпеки.
• Час на втечу. Залежно від конструкції батареї та системи охолодження, у вас може бути від кількох секунд до кількох хвилин до повного займання. Сучасні EV-батареї мають системи уповільнення, але час на безпечну евакуацію та відхід на безпечну відстань є пріоритетом.
• Відхід на безпечну відстань. Необхідно відійти на мінімальну безпечну відстань 15-20 метрів через ризик викиду полум'я та токсичних газів.
• Військовий контекст. Якщо це військовий акумулятор або техніка, ініціація термічного розгіну може бути використана як засіб знищення, якщо об’єкт не може бути евакуйовано. Пошкоджену боєм АКБ або будь-що інше слід негайно залишити, оскільки бойове пошкодження (осколки, кулі) може спричинити внутрішнє коротке замикання та негайну термічну втечу.

LiFePO4: Зарядні станції, системи автономного живлення

Акумулятори на основі літій-залізо-фосфату (LiFePO4 або LFP) вважаються найбільш безпечними серед літій-іонних технологій завдяки їхній високій термічній стабільності. Термічний розгін в елементах LiFePO4 зазвичай ініціюється при значно вищих температурах (близько 270°C) порівняно з іншими хіміями.

Ключовою відмінністю є те, що катод LiFePO4 виділяє мінімальну кількість кисню при розкладанні, що робить реакцію менш інтенсивною. Ризик вибуху є надзвичайно низьким; більш імовірним сценарієм є задимлення. Попереджувальними ознаками є: дим, сильне нагрівання, неприємний запах.

Протокол дій при димленні зарядної станції (LiFePO4)

• Евакуація та вентиляція. Дим від будь-якого літієвого акумулятора є токсичним і містить небезпечні речовини, включаючи фтороводень. Негайно відійдіть на безпечну відстань (мінімум 5-10 метрів, якщо можливо) та забезпечте максимальну вентиляцію приміщення чи укриття.
• Ізоляція. Якщо це безпечно, перемістіть техніку на негорючу поверхню (бетон, метал, земля) подалі від горючих матеріалів.
• Гасіння та охолодження. У випадку великих систем, як, наприклад, зарядна станція, велика кількість води є найкращим засобом для охолодження сусідніх елементів та запобігання поширенню термічної втечі. Вогнегасники класу ABC або CO2 можуть бути використані для придушення полум'я, але вода є ефективнішою для охолодження.

Загальні рекомендації

Дим від усіх літієвих батарей є високотоксичним. Він містить небезпечні речовини, зокрема фтороводень, який при контакті з вологою (наприклад, у легенях) перетворюється на плавикову кислоту. Завжди уникайте вдихання диму та, якщо можливо, використовуйте засоби захисту органів дихання.

У критичних ситуаціях, особливо з великими батареями, велика кількість води є найкращим засобом для охолодження сусідніх елементів та запобігання поширенню термічного розгіну. Вода не гасить хімічну реакцію всередині елемента, але вона знижує температуру навколишніх елементів, зупиняючи ланцюгову реакцію.