Wprowadzenie akumulatorów litowo-jonowych radykalnie zmieniło branżę elektryczną. Znajdują zastosowanie nie tylko w stacjach ładowania pojazdów czy inteligentnych sieciach energetycznych, ale także jako alternatywne źródło zasilania w szpitalach i innych obiektach. Jednak ich użycie w pewnym sensie zwiększa zagrożenie pożarowe. Na szczęście istnieją skuteczne rozwiązania, które pozwalają w dużym stopniu zapobiegać rozwojowi tego zjawiska. Jak więc można zminimalizować ryzyko pożaru magazynów energii?
Akumulatory litowo-jonowe a bezpieczeństwo
Baterie litowo-jonowe są obecnie najczęściej stosowanym nośnikiem energii na świecie. Nie jest to jednak zaskakujące, ponieważ zwiększony popyt na energię odnawialną doprowadził do znacznego wzrostu zainteresowania tego typu produktami. Oczywiście największą zaletą tego rozwiązania jest jego przystępność cenowa. Ponadto akumulatory litowo-jonowe charakteryzują się dużą gęstością energii i stosunkowo niskim samorozładowaniem. Należy jednak mieć świadomość, że oprócz zalet istnieją również pewne ograniczenia. Po pierwsze, akumulatory litowo-jonowe wymagają bardzo złożonych systemów zarządzania. Dzięki nim możesz na bieżąco monitorować istotne parametry pracy, w tym temperaturę, napięcie i stan naładowania. Jak się okazuje, ma to kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa magazynowania energii. Warto również zauważyć, że tego typu akumulatory łączą wysokoenergetyczne materiały z wyjątkowo łatwopalnymi elektrolitami. Taka kompilacja może znacznie zwiększyć ryzyko pożaru, co z kolei może mieć ogromny wpływ na wiele aspektów prawidłowego funkcjonowania systemu. Na szczęście ryzyko pożarowego uszkodzenia systemów magazynowania energii można zminimalizować poprzez odpowiednią integrację kilku rozwiązań technicznych.
Ryzyko zapłonu przy użytkowaniu baterii litowo-jonowych
Do tej pory pożary spowodowane użyciem akumulatorów litowo-jonowych były bezpośrednio związane z awariami akumulatorów. Każdy akumulator litowo-jonowy składa się z dwóch elektrod – elektrody ujemnej i elektrody dodatniej. Pomiędzy nimi umieszczony jest palny, przewodzący jony elektrolit, który pośredniczy w procesach zachodzących w akumulatorze i separatorze. Ich specjalna konstrukcja sprawia, że jakiekolwiek uszkodzenia mechaniczne lub cieplne mogą spowodować zwarcie, które może wywołać pożar. Niestety, największą wadą akumulatorów litowo-jonowych jest zwiększone ryzyko samozapłonu. Wysoka gęstość energii, małe struktury i stopniowe starzenie się baterii to najczęstsze przyczyny zagrożeń. Dlatego wystarczy, że jedno ogniwo zostanie zwarte lub wystawione na działanie wyższych temperatur, a po chwili nastąpi reakcja egzotermiczna. W efekcie wzrasta ciśnienie wewnętrzne w komorze, a para elektrolitu jest uwalniana przez zawór bezpieczeństwa lub w wyniku uszkodzenia separatora. Zjawisko to zwykle skutkuje szybkim wzrostem temperatury w wyniku spalania elektrolitu. Prowadzi to do reakcji znanej jako „ucieczka termiczna”. Niezastosowanie odpowiednich środków ostrożności może spowodować powstanie wysoce wybuchowej mieszaniny gazu i powietrza. Zwykle kończy się to pożarem. Nawet jeśli zwarcie początkowo dotyczy tylko jednego ogniwa akumulatora, może szybko rozprzestrzenić się na inne ogniwa, stwarzając ryzyko pożaru na dużą skalę.
Sposoby gaszenia pożarów w magazynach energii
Zagrożeń pożarowych w magazynach energii można również uniknąć, wdrażając systemy przeciwpożarowe. Aby przeanalizować niekontrolowaną propagację temperatury w rzeczywistych systemach komórkowych, naukowcy zbudowali konfigurację testową, która umożliwiła wydajne testowanie. Testy temperatury w punkcie pomiarowym między pierwszym a drugim ogniwem w pobliżu kompaktowego ogniwa akumulatora litowo-jonowego zarejestrowały wzrost temperatury (21%) w środowisku wzbogaconym w tlen. 90-sekundowy transfer ciepła jest uważany za punkt krytyczny, w którym temperatura przepływa w niekontrolowany sposób z jednej komórki do drugiej. Po przekroczeniu nadzorowanie zagrożenia pożarowego staje się prawie niemożliwe. Test powtórzono w atmosferze niedotlenienia 11,3% i zarejestrowano ograniczony wzrost temperatury między komórkami 1 i 2, podczas gdy nie odnotowano znaczącego wzrostu temperatury między komórkami 2 i 3. Analizując te wyniki można zatem stwierdzić, że ograniczony wzrost temperatury w drugim ogniwie prowadzi jedynie do odgazowania elektrolitu, co jednak nie zwiększa zagrożenia pożarowego. Bateria 3 nie wykazywała żadnych awarii, mimo że była nienaruszona. Tym samym początkową fazę „zakończonej ucieczki” można skutecznie zatrzymać atmosferą odpowiednio dobranego środka gaszącego. Ten zmagazynowany system przeciwpożarowy skutecznie nadzoruje niekontrolowany wzrost temperatury i zapobiega jej rozprzestrzenianiu się z jednego modułu na drugi. Ponadto w większości przypadków doskonale blokuje transmisję z komórki do komórki.
