La sicurezza delle batterie al litio è sempre stata una preoccupazione nel settore. A causa della speciale struttura dei materiali e del complesso ambiente operativo, una volta che si verifica un incendio, causerà danni alle apparecchiature, perdite di proprietà e persino vittime. Dopo l'incendio di una batteria al litio, lo smaltimento è difficile, richiede molto tempo e spesso comporta la generazione di una grande quantità di gas tossici. Pertanto, un'estinzione tempestiva dell'incendio può controllare efficacemente la diffusione dell'incendio, evitare incendi estesi e fornire più tempo al personale per fuggire.

Durante il processo di fuga termica delle batterie agli ioni di litio, spesso si verificano fumo, fuoco e persino esplosioni. Pertanto, il controllo della fuga termica e del problema della diffusione è diventata la sfida principale affrontata dai prodotti con batterie al litio nel processo di utilizzo. La scelta della giusta tecnologia antincendio può prevenire l’ulteriore diffusione dell’instabilità termica della batteria, il che è di grande importanza per la soppressione del verificarsi di incendi.

Questo articolo presenterà i principali estintori e meccanismi di estinzione attualmente disponibili sul mercato e analizzerà i vantaggi e gli svantaggi dei diversi tipi di estintori.

Tipi di estintori

Attualmente, gli estintori sul mercato sono principalmente suddivisi in estintori a gas, estintori a base d'acqua, estintori ad aerosol ed estintori a polvere secca. Di seguito è riportata un'introduzione ai codici e alle caratteristiche di ciascuna tipologia di estintore.

Perfluoroesano: Il perfluoroesano è stato elencato nell'inventario PFAS dell'OCSE e dell'EPA statunitense. Pertanto, l'uso del perfluoroesano come agente estinguente deve essere conforme alle leggi e ai regolamenti locali e comunicare con le agenzie di regolamentazione ambientale. Poiché i prodotti del perfluoroesano nella decomposizione termica sono gas serra, non è adatto per la nebulizzazione continua, a dosi elevate e a lungo termine. Si consiglia l'utilizzo in abbinamento ad un sistema di nebulizzazione dell'acqua.

Trifluorometano:Gli agenti trifluorometano sono prodotti solo da pochi produttori e non esistono norme nazionali specifiche che regolano questo tipo di agenti estinguenti. Il costo di manutenzione è elevato, per cui se ne sconsiglia l'utilizzo.

Esafluoropropano:Questo agente estinguente tende a danneggiare dispositivi o apparecchiature durante l'uso e il suo potenziale di riscaldamento globale (GWP) è relativamente elevato. Pertanto, l'esafluoropropano può essere utilizzato solo come agente estinguente transitorio.

Eptafluoropropano:A causa dell’effetto serra, viene gradualmente limitato in vari paesi e dovrà affrontare l’eliminazione. Attualmente, la produzione degli agenti eptafluoropropano è stata interrotta, il che comporterà problemi nel ricaricare i sistemi esistenti di eptafluoropropano durante la manutenzione. Pertanto, il suo utilizzo non è raccomandato.

Gas inerte:Compresi IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, tra i quali IG 541 è il più ampiamente utilizzato ed è riconosciuto a livello internazionale come un agente estinguente ecologico e rispettoso dell'ambiente. Tuttavia, presenta gli svantaggi di elevati costi di costruzione, elevata domanda di bombole di gas e grande occupazione di spazio.

Agente a base d'acqua:Gli estintori a nebbia d'acqua fine sono ampiamente utilizzati e hanno il miglior effetto di raffreddamento. Ciò è dovuto principalmente al fatto che l'acqua ha una grande capacità termica specifica, che può assorbire rapidamente una grande quantità di calore, raffreddando le sostanze attive non reagite all'interno della batteria e inibendo così un ulteriore aumento della temperatura. Tuttavia, l'acqua provoca danni significativi alle batterie e non è isolante, provocando cortocircuiti nelle batterie.

Aerosol:Grazie alla sua compatibilità ambientale, non tossicità, basso costo e facile manutenzione, l'aerosol è diventato l'agente estinguente principale. Tuttavia, l'aerosol selezionato deve essere conforme alle normative delle Nazioni Unite e alle leggi e regolamenti locali ed è richiesta la certificazione nazionale del prodotto locale. Tuttavia, gli aerosol non hanno capacità di raffreddamento e durante la loro applicazione la temperatura della batteria rimane relativamente elevata. Una volta che l'agente estinguente smette di rilasciare, la batteria tende a riaccendersi.

Efficacia degli estintori

Lo State Key Laboratory of Fire Science presso l'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina ha condotto uno studio confrontando gli effetti estinguenti della polvere secca ABC, dell'eptafluoropropano, dell'acqua, del perfluoroesano e degli estintori a CO2 su una batteria agli ioni di litio da 38 A.

Confronto del processo di estinzione dell'incendio

La polvere secca ABC, l'eptafluoropropano, l'acqua e il perfluoroesano possono estinguere rapidamente gli incendi delle batterie senza riaccenderli. Tuttavia, gli estintori a CO2 non possono estinguere efficacemente gli incendi delle batterie e possono provocarne la riaccensione.

Confronto dei risultati della soppressione degli incendi

Dopo l'instabilità termica, il comportamento delle batterie al litio sotto l'azione degli estinguenti può essere approssimativamente suddiviso in tre fasi: la fase di raffreddamento, la fase di rapido aumento della temperatura e la fase di lento calo della temperatura.

La prima faseè la fase di raffreddamento, in cui la temperatura della superficie della batteria diminuisce dopo il rilascio dell'agente estinguente. Ciò è dovuto principalmente a due motivi:

• Sfiato della batteria: prima della fuga termica delle batterie agli ioni di litio, all'interno della batteria si accumula una grande quantità di alcani e gas CO2. Quando la batteria raggiunge il limite di pressione, la valvola di sicurezza si apre, rilasciando gas ad alta pressione. Questo gas trasporta le sostanze attive all'interno della batteria fornendo allo stesso tempo un effetto di raffreddamento alla batteria.
• Effetto dell'estintore: L'effetto di raffreddamento dell'estintore deriva principalmente da due parti: l'assorbimento di calore durante il cambiamento di fase e l'effetto di isolamento chimico. L'assorbimento del calore a cambiamento di fase rimuove direttamente il calore generato dalla batteria, mentre l'effetto di isolamento chimico riduce indirettamente la generazione di calore interrompendo le reazioni chimiche. L’acqua ha l’effetto di raffreddamento più significativo a causa della sua elevata capacità termica specifica, che le consente di assorbire rapidamente una grande quantità di calore. Segue il perfluoroesano, mentre la polvere secca HFC-227ea, CO2 e ABC non mostra effetti di raffreddamento significativi, il che è correlato alla natura e al meccanismo degli estinguenti.

La seconda fase è la fase di rapido aumento della temperatura, in cui la temperatura della batteria aumenta rapidamente dal valore minimo al massimo. Poiché gli estinguenti non possono fermare completamente la reazione di decomposizione all'interno della batteria e la maggior parte degli estinguenti hanno scarsi effetti di raffreddamento, la temperatura della batteria mostra una tendenza al rialzo quasi verticale per diversi estinguenti. In un breve periodo, la temperatura della batteria raggiunge il suo picco.

In questa fase esiste una differenza significativa nell’efficacia dei diversi estinguenti nell’inibire l’aumento della temperatura della batteria. L'efficacia in ordine decrescente è acqua > perfluoroesano > HFC-227ea > polvere secca ABC > CO2. Quando la temperatura della batteria aumenta lentamente, fornisce più tempo di risposta per l'avviso di incendio della batteria e più tempo di reazione per gli operatori.

Conclusione

1. CO2: gli estinguenti come la CO2, che agiscono principalmente per soffocamento e isolamento, hanno scarsi effetti inibitori sugli incendi delle batterie. In questo studio si sono verificati gravi fenomeni di riaccensione con la CO2, rendendola inadatta agli incendi delle batterie al litio.
2. Polvere secca ABC / HFC-227ea: la polvere secca ABC e gli estinguenti HFC-227ea, che agiscono principalmente attraverso l'isolamento e la soppressione chimica, possono in una certa misura inibire parzialmente le reazioni a catena all'interno della batteria. Hanno un effetto leggermente migliore della CO2, ma poiché non hanno effetti di raffreddamento e non possono bloccare completamente le reazioni interne della batteria, la temperatura della batteria aumenta rapidamente dopo il rilascio dell'agente estinguente.
3. Perfluoroesano: il perfluoroesano non solo blocca le reazioni interne della batteria, ma assorbe anche il calore attraverso la vaporizzazione. Pertanto, il suo effetto inibitorio sugli incendi delle batterie è significativamente migliore rispetto ad altri estinguenti.
4. Acqua: tra tutti gli estinguenti, l'acqua ha l'effetto estinguente più evidente. Ciò è dovuto principalmente al fatto che l’acqua ha una grande capacità termica specifica, che le consente di assorbire rapidamente una grande quantità di calore. Ciò raffredda le sostanze attive non reagite all'interno della batteria, inibendo così un ulteriore aumento della temperatura. Tuttavia, l’acqua provoca danni significativi alle batterie e non ha alcun effetto isolante, quindi il suo utilizzo dovrebbe essere estremamente cauto.

Cosa dovremmo scegliere?

Abbiamo censito i sistemi di protezione antincendio utilizzati da diversi produttori di sistemi di accumulo di energia attualmente sul mercato, impiegando principalmente le seguenti soluzioni antincendio:

• Perfluoroesano + Acqua
• Aerosol + Acqua

Lo si può vedereagenti estinguenti sinergici sono la tendenza principale per i produttori di batterie al litio. Prendendo come esempio Perfluoroesano + Acqua, il Perfluoroesano può estinguere rapidamente le fiamme libere, facilitando il contatto dell'acqua nebulizzata con la batteria, mentre l'acqua nebulizzata può raffreddarla efficacemente. Il funzionamento cooperativo ha migliori effetti di estinzione e raffreddamento dell'incendio rispetto all'utilizzo di un singolo agente estinguente. Attualmente, il nuovo regolamento sulle batterie dell'UE richiede che le future etichette delle batterie includano gli agenti estinguenti disponibili. I produttori devono inoltre scegliere l'agente estinguente appropriato in base ai loro prodotti, alle normative locali e all'efficacia.