Sự an toàn của pin lithium luôn là mối quan tâm trong ngành. Do cấu trúc vật liệu đặc biệt và môi trường hoạt động phức tạp nên một khi xảy ra tai nạn hỏa hoạn sẽ gây hư hỏng thiết bị, mất mát tài sản và thậm chí gây thương vong. Sau khi xảy ra cháy pin lithium, việc xử lý rất khó khăn, mất nhiều thời gian và thường tạo ra một lượng lớn khí độc. Vì vậy, việc chữa cháy kịp thời có thể kiểm soát hiệu quả sự lây lan của đám cháy, tránh cháy lan rộng và giúp nhân viên có nhiều thời gian hơn để trốn thoát.

Trong quá trình thoát nhiệt của pin lithium-ion, khói, cháy và thậm chí là nổ thường xảy ra. Do đó, việc kiểm soát vấn đề thoát nhiệt và khuếch tán nhiệt đã trở thành thách thức chính mà các sản phẩm pin lithium phải đối mặt trong quá trình sử dụng. Việc lựa chọn công nghệ chữa cháy phù hợp có thể ngăn chặn sự lan rộng hơn nữa của hiện tượng thoát nhiệt trong pin, điều này có ý nghĩa rất lớn trong việc ngăn chặn hỏa hoạn xảy ra.

Bài viết này sẽ giới thiệu các loại bình chữa cháy và cơ chế chữa cháy phổ biến hiện có trên thị trường, đồng thời phân tích ưu nhược điểm của các loại bình chữa cháy.

Các loại bình chữa cháy

Hiện nay, bình chữa cháy trên thị trường chủ yếu được chia thành bình chữa cháy khí, bình chữa cháy gốc nước, bình chữa cháy khí dung và bình chữa cháy bột khô. Dưới đây là giới thiệu về mã số, đặc điểm của từng loại bình chữa cháy.

Perfluorohexan: Perfluorohexane đã được liệt kê trong danh mục PFAS của OECD và US EPA. Do đó, việc sử dụng perfluorohexane làm chất chữa cháy phải tuân thủ luật pháp và quy định của địa phương cũng như trao đổi với các cơ quan quản lý môi trường. Vì sản phẩm của perfluorohexane trong quá trình phân hủy nhiệt là khí nhà kính nên không thích hợp cho việc phun liên tục, liều lượng lớn, lâu dài. Nên sử dụng kết hợp với hệ thống phun nước.

Triflorometan:Chất trifluoromethane chỉ được sản xuất bởi một số ít nhà sản xuất và không có tiêu chuẩn quốc gia cụ thể nào quy định loại chất chữa cháy này. Chi phí bảo trì cao nên việc sử dụng nó không được khuyến khích.

Hexafluoropropan:Chất chữa cháy này dễ làm hỏng các thiết bị hoặc thiết bị trong quá trình sử dụng và Khả năng nóng lên toàn cầu (GWP) của nó tương đối cao. Do đó, hexafluoropropane chỉ có thể được sử dụng làm chất chữa cháy chuyển tiếp.

Heptafluoropropan:Do hiệu ứng nhà kính, nó dần dần bị hạn chế bởi nhiều quốc gia và sẽ phải đối mặt với việc loại bỏ. Hiện tại, các tác nhân heptafluoropropane đã bị ngừng sử dụng, điều này sẽ dẫn đến các vấn đề trong việc nạp lại các hệ thống heptafluoropropane hiện có trong quá trình bảo trì. Vì vậy, việc sử dụng nó không được khuyến khích.

Khí trơ:Bao gồm IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, trong đó IG 541 được sử dụng rộng rãi hơn và được quốc tế công nhận là chất chữa cháy xanh và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là chi phí xây dựng cao, nhu cầu sử dụng bình gas cao và chiếm diện tích lớn.

Chất gốc nước:Bình chữa cháy phun sương nước mịn được sử dụng rộng rãi và có tác dụng làm mát tốt nhất. Điều này chủ yếu là do nước có nhiệt dung riêng lớn, có thể nhanh chóng hấp thụ một lượng nhiệt lớn, làm mát các hoạt chất không phản ứng bên trong pin và do đó ức chế sự gia tăng nhiệt độ hơn nữa. Tuy nhiên, nước gây hư hỏng đáng kể cho pin và không cách điện, dẫn đến đoản mạch pin.

Bình xịt:Do thân thiện với môi trường, không độc hại, chi phí thấp và dễ bảo trì, bình xịt đã trở thành chất chữa cháy phổ biến. Tuy nhiên, bình xịt được chọn phải tuân thủ các quy định của Liên Hợp Quốc cũng như luật pháp và quy định của địa phương và cần phải có chứng nhận sản phẩm quốc gia của địa phương. Tuy nhiên, bình xịt thiếu khả năng làm mát và trong quá trình sử dụng, nhiệt độ của pin vẫn tương đối cao. Sau khi chất chữa cháy ngừng nhả, ắc quy có xu hướng bốc cháy trở lại.

Hiệu quả của bình chữa cháy

Phòng thí nghiệm Khoa học Cứu hỏa Trọng điểm Nhà nước tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã tiến hành một nghiên cứu so sánh tác dụng chữa cháy của bột khô ABC, heptafluoropropane, nước, perfluorohexane và bình chữa cháy CO2 trên pin lithium-ion 38A.

So sánh quy trình chữa cháy

Bột khô ABC, heptafluoropropane, nước và perfluorohexane đều có thể nhanh chóng dập tắt đám cháy của pin mà không cần đốt lại. Tuy nhiên, bình chữa cháy CO2 không thể dập tắt đám cháy pin một cách hiệu quả và có thể gây cháy lại.

So sánh kết quả chữa cháy

Sau khi thoát nhiệt, hoạt động của pin lithium dưới tác dụng của chất chữa cháy có thể được chia đại khái thành ba giai đoạn: giai đoạn làm mát, giai đoạn tăng nhiệt độ nhanh và giai đoạn giảm nhiệt độ chậm.

Giai đoạn đầu tiênlà giai đoạn làm mát, nhiệt độ bề mặt pin giảm sau khi bình chữa cháy được nhả ra. Điều này chủ yếu là do hai lý do:

• Thông hơi pin: Trước khi pin lithium-ion thoát nhiệt, một lượng lớn ankan và khí CO2 tích tụ bên trong pin. Khi ắc quy đạt đến giới hạn áp suất, van an toàn sẽ mở ra, giải phóng khí áp suất cao. Khí này vận chuyển các hoạt chất bên trong pin đồng thời mang lại tác dụng làm mát cho pin.
• Tác dụng của bình chữa cháy: Tác dụng làm mát của bình chữa cháy chủ yếu đến từ hai phần: sự hấp thụ nhiệt khi thay đổi pha và hiệu ứng cách ly hóa học. Sự hấp thụ nhiệt thay đổi pha trực tiếp loại bỏ nhiệt do pin tạo ra, trong khi hiệu ứng cách ly hóa học gián tiếp làm giảm sự sinh nhiệt bằng cách làm gián đoạn các phản ứng hóa học. Nước có tác dụng làm mát đáng kể nhất vì nhiệt dung riêng cao, cho phép nó hấp thụ một lượng nhiệt lớn một cách nhanh chóng. Perfluorohexane theo sau, trong khi bột khô HFC-227ea, CO2 và ABC không cho thấy tác dụng làm mát đáng kể, điều này liên quan đến bản chất và cơ chế của chất chữa cháy.

Giai đoạn thứ hai là giai đoạn tăng nhiệt độ nhanh, trong đó nhiệt độ của pin tăng nhanh từ giá trị tối thiểu lên mức cao nhất. Vì bình chữa cháy không thể ngăn chặn hoàn toàn phản ứng phân hủy bên trong pin và hầu hết các bình chữa cháy đều có tác dụng làm mát kém nên nhiệt độ của pin cho thấy xu hướng tăng gần như thẳng đứng đối với các loại bình chữa cháy khác nhau. Trong thời gian ngắn, nhiệt độ của pin tăng lên mức cao nhất.

Trong giai đoạn này, có sự khác biệt đáng kể về hiệu quả của các chất chữa cháy khác nhau trong việc ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ của pin. Hiệu quả theo thứ tự giảm dần là nước > perfluorohexane > HFC-227ea > Bột khô ABC > CO2. Khi nhiệt độ pin tăng chậm, nó sẽ mang lại nhiều thời gian phản hồi hơn cho cảnh báo cháy pin và nhiều thời gian phản ứng hơn cho người vận hành.

Phần kết luận

1. CO2: Các chất chữa cháy như CO2, chủ yếu hoạt động bằng cách gây ngạt thở và cách ly, có tác dụng ức chế kém đối với cháy pin. Trong nghiên cứu này, hiện tượng bốc cháy lại nghiêm trọng xảy ra với CO2, khiến nó không phù hợp để đốt pin lithium.
2. Bột khô ABC / HFC-227ea: Bột khô ABC và chất chữa cháy HFC-227ea, chủ yếu hoạt động thông qua cách ly và ức chế hóa học, có thể ức chế một phần các phản ứng dây chuyền bên trong pin ở một mức độ nào đó. Chúng có tác dụng tốt hơn CO2 một chút, nhưng vì chúng thiếu tác dụng làm mát và không thể ngăn chặn hoàn toàn các phản ứng bên trong pin nên nhiệt độ của pin vẫn tăng nhanh sau khi bình chữa cháy được nhả ra.
3. Perfluorohexane: Perfluorohexane không chỉ ngăn chặn các phản ứng bên trong pin mà còn hấp thụ nhiệt thông qua quá trình bay hơi. Vì vậy, tác dụng ức chế cháy pin của nó tốt hơn đáng kể so với các chất chữa cháy khác.
4. Nước: Trong số các chất chữa cháy, nước có tác dụng chữa cháy rõ rệt nhất. Điều này chủ yếu là do nước có nhiệt dung riêng lớn, cho phép nó nhanh chóng hấp thụ một lượng nhiệt lớn. Điều này làm mát các hoạt chất không phản ứng bên trong pin, do đó ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ hơn nữa. Tuy nhiên, nước gây hư hỏng đáng kể cho pin và không có tác dụng cách nhiệt nên việc sử dụng phải hết sức thận trọng.

Chúng ta nên chọn gì?

Chúng tôi đã khảo sát các hệ thống phòng cháy chữa cháy được một số nhà sản xuất hệ thống lưu trữ năng lượng hiện có trên thị trường sử dụng, chủ yếu sử dụng các giải pháp chữa cháy sau:

• Perfluorohexan + Nước
• Bình xịt + Nước

Có thể thấy rằngchất chữa cháy tổng hợp là xu hướng chủ đạo của các nhà sản xuất pin lithium. Lấy Perfluorohexane + Nước làm ví dụ, Perfluorohexane có thể nhanh chóng dập tắt ngọn lửa trần, tạo điều kiện cho sương nước mịn tiếp xúc với pin, trong khi sương nước mịn có thể làm mát pin một cách hiệu quả. Hoạt động hợp tác có tác dụng chữa cháy và làm mát tốt hơn so với việc sử dụng một chất chữa cháy duy nhất. Hiện tại, Quy định về pin mới của EU yêu cầu nhãn pin trong tương lai phải bao gồm các chất chữa cháy có sẵn. Các nhà sản xuất cũng cần lựa chọn chất chữa cháy thích hợp dựa trên sản phẩm, quy định của địa phương và tính hiệu quả.