ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมถือเป็นข้อกังวลในอุตสาหกรรมมาโดยตลอด เนื่องจากโครงสร้างวัสดุพิเศษและสภาพแวดล้อมการทำงานที่ซับซ้อน เมื่อเกิดอุบัติเหตุไฟไหม้ จะทำให้อุปกรณ์เสียหาย สูญเสียทรัพย์สิน และแม้กระทั่งการบาดเจ็บล้มตาย หลังจากเกิดเพลิงไหม้แบตเตอรี่ลิเธียม การกำจัดทำได้ยาก ใช้เวลานาน และมักเกี่ยวข้องกับการสร้างก๊าซพิษจำนวนมาก ดังนั้นการดับเพลิงอย่างทันท่วงทีจึงสามารถควบคุมการแพร่กระจายของไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ หลีกเลี่ยงการลุกไหม้อย่างกว้างขวาง และให้เวลาแก่บุคลากรในการหลบหนีมากขึ้น

ในระหว่างกระบวนการระบายความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ควัน ไฟ และแม้แต่การระเบิดมักเกิดขึ้น ดังนั้นการควบคุมปัญหาการหนีความร้อนและการแพร่กระจายจึงกลายเป็นความท้าทายหลักที่ผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่ลิเธียมต้องเผชิญในกระบวนการใช้งาน การเลือกเทคโนโลยีดับเพลิงที่เหมาะสมสามารถป้องกันการแพร่กระจายของความร้อนจากแบตเตอรี่ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการระงับการเกิดเพลิงไหม้

บทความนี้จะแนะนำถังดับเพลิงและกลไกการดับเพลิงทั่วไปที่มีอยู่ในตลาดปัจจุบัน และวิเคราะห์ข้อดีและข้อเสียของถังดับเพลิงประเภทต่างๆ

ประเภทของเครื่องดับเพลิง

ปัจจุบันถังดับเพลิงในตลาดส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นถังดับเพลิงแบบแก๊ส ถังดับเพลิงแบบน้ำ ถังดับเพลิงแบบสเปรย์ และถังดับเพลิงแบบผงแห้ง ด้านล่างนี้เป็นคำแนะนำเกี่ยวกับรหัสและคุณลักษณะของเครื่องดับเพลิงแต่ละประเภท.

เพอร์ฟลูออโรเฮกเซน: Perfluorohexane ได้รับการจดทะเบียนในบัญชีรายชื่อ PFAS ของ OECD และ US EPA ดังนั้นการใช้เพอร์ฟลูออโรเฮกเซนเป็นสารดับเพลิงควรปฏิบัติตามกฎหมายและข้อบังคับท้องถิ่น และสื่อสารกับหน่วยงานกำกับดูแลสิ่งแวดล้อม เนื่องจากผลิตภัณฑ์ของเพอร์ฟลูออโรเฮกเซนในการสลายตัวด้วยความร้อนเป็นก๊าซเรือนกระจก จึงไม่เหมาะสำหรับการฉีดพ่นในปริมาณมากในระยะยาวอย่างต่อเนื่อง แนะนำให้ใช้ร่วมกับระบบสเปรย์น้ำ

ไตรฟลูออโรมีเทน:สารไตรฟลูออโรมีเทนผลิตโดยผู้ผลิตเพียงไม่กี่ราย และไม่มีมาตรฐานระดับชาติเฉพาะที่ควบคุมสารดับเพลิงชนิดนี้ ค่าบำรุงรักษาสูงจึงไม่แนะนำให้ใช้

เฮกซาฟลูออโรโพรเพน:สารดับเพลิงนี้มีแนวโน้มที่จะทำให้อุปกรณ์หรืออุปกรณ์เสียหายระหว่างการใช้งาน และศักยภาพในการทำให้เกิดภาวะโลกร้อน (GWP) ค่อนข้างสูง ดังนั้นเฮกซาฟลูออโรโพรเพนจึงสามารถใช้เป็นสารดับเพลิงเฉพาะกาลเท่านั้น

เฮปตาฟลูออโรโพรเพน:เนื่องจากปรากฏการณ์เรือนกระจก จึงค่อยๆ ถูกจำกัดโดยประเทศต่างๆ และจะต้องเผชิญกับการถูกกำจัดออกไป ปัจจุบัน สารเฮปตาฟลูออโรโพรเพนถูกยกเลิก ซึ่งจะทำให้เกิดปัญหาในการเติมระบบเฮปตาฟลูออโรโพรเพนที่มีอยู่ในระหว่างการบำรุงรักษา ดังนั้นจึงไม่แนะนำให้ใช้

ก๊าซเฉื่อย:รวมถึง IG 01, IG 100, IG 55, IG 541 ซึ่ง IG 541 มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นและได้รับการยอมรับในระดับสากลว่าเป็นสารดับเพลิงที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่มีข้อเสียคือต้นทุนการก่อสร้างสูง ความต้องการถังแก๊สสูง และการยึดครองพื้นที่ขนาดใหญ่

ตัวแทนที่ใช้น้ำ:เครื่องดับเพลิงชนิดละอองน้ำละเอียดมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย และมีผลในการทำความเย็นที่ดีที่สุด สาเหตุหลักมาจากน้ำมีความจุความร้อนจำเพาะสูง ซึ่งสามารถดูดซับความร้อนจำนวนมากได้อย่างรวดเร็ว ทำให้สารออกฤทธิ์ที่ไม่ทำปฏิกิริยาภายในแบตเตอรี่เย็นลง และยับยั้งอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นต่อไป อย่างไรก็ตาม น้ำทำให้เกิดความเสียหายอย่างมากต่อแบตเตอรี่และไม่ได้เป็นฉนวน ส่งผลให้แบตเตอรี่ลัดวงจร

สเปรย์:เนื่องจากเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ปลอดสารพิษ ต้นทุนต่ำ และบำรุงรักษาง่าย ละอองลอยจึงกลายเป็นสารดับเพลิงกระแสหลัก อย่างไรก็ตาม ละอองลอยที่เลือกควรเป็นไปตามข้อบังคับของ UN กฎหมายและข้อบังคับท้องถิ่น และจำเป็นต้องมีการรับรองผลิตภัณฑ์ระดับชาติของท้องถิ่น อย่างไรก็ตาม ละอองลอยขาดความสามารถในการทำความเย็น และในระหว่างการใช้งาน อุณหภูมิของแบตเตอรี่ยังคงค่อนข้างสูง หลังจากที่สารดับเพลิงหยุดปล่อยออกมา แบตเตอรี่มีแนวโน้มที่จะติดไฟอีกครั้ง.

ประสิทธิผลของสารดับเพลิง

ห้องปฏิบัติการหลักของรัฐด้านวิทยาศาสตร์การดับเพลิงที่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของจีน ได้ทำการศึกษาเปรียบเทียบผลในการดับเพลิงของผงแห้ง ABC, เฮปตาฟลูออโรโพรเพน, น้ำ, เพอร์ฟลูออโรเฮกเซน และสารดับเพลิง CO2 บนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาด 38A

การเปรียบเทียบกระบวนการดับเพลิง

ผงแห้ง ABC, เฮปตาฟลูออโรโพรเพน, น้ำ และเพอร์ฟลูออโรเฮกเซน ล้วนสามารถดับไฟจากแบตเตอรี่ได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องลุกไหม้อีก อย่างไรก็ตาม ถังดับเพลิง CO2 ไม่สามารถดับไฟจากแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพและอาจทำให้เกิดการลุกไหม้ได้

การเปรียบเทียบผลการระงับอัคคีภัย

หลังจากหนีความร้อนแล้ว พฤติกรรมของแบตเตอรี่ลิเธียมภายใต้การกระทำของสารดับเพลิงสามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นสามขั้นตอน: ขั้นตอนการทำความเย็น ระยะอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และระยะการลดอุณหภูมิอย่างช้าๆ

ระยะแรกคือขั้นตอนการทำความเย็น โดยอุณหภูมิของพื้นผิวแบตเตอรี่จะลดลงหลังจากปล่อยสารดับเพลิงแล้ว สาเหตุหลักมาจากสองเหตุผล:

• การระบายอากาศของแบตเตอรี่: ก่อนที่จะระบายความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน อัลเคนและก๊าซ CO2 จำนวนมากจะสะสมอยู่ภายในแบตเตอรี่ เมื่อแบตเตอรี่ถึงขีดจำกัดความดัน วาล์วนิรภัยจะเปิดขึ้นและปล่อยก๊าซแรงดันสูงออกมา ก๊าซนี้จะนำพาสารออกฤทธิ์ภายในแบตเตอรี่ไปพร้อมๆ กับการให้ความเย็นแก่แบตเตอรี่ด้วย
• ผลกระทบของสารดับเพลิง: ผลความเย็นของสารดับเพลิงส่วนใหญ่มาจากสองส่วน คือ การดูดซับความร้อนระหว่างการเปลี่ยนเฟส และผลการแยกสารเคมี การดูดซับความร้อนด้วยการเปลี่ยนเฟสจะขจัดความร้อนที่เกิดจากแบตเตอรี่โดยตรง ในขณะที่ผลการแยกสารเคมีจะช่วยลดการสร้างความร้อนทางอ้อมโดยการขัดขวางปฏิกิริยาทางเคมี น้ำมีผลในการระบายความร้อนที่สำคัญที่สุดเนื่องจากมีความจุความร้อนจำเพาะสูง ทำให้สามารถดูดซับความร้อนปริมาณมากได้อย่างรวดเร็ว เพอร์ฟลูออโรเฮกเซนตามมา ในขณะที่ผงแห้ง HFC-227ea, CO2 และ ABC ไม่แสดงผลการทำความเย็นอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเกี่ยวข้องกับธรรมชาติและกลไกของสารดับเพลิง

ขั้นตอนที่สอง คือช่วงอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยอุณหภูมิของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจากค่าต่ำสุดถึงจุดสูงสุด เนื่องจากสารดับเพลิงไม่สามารถหยุดปฏิกิริยาการสลายตัวภายในแบตเตอรี่ได้อย่างสมบูรณ์ และสารดับเพลิงส่วนใหญ่มีผลในการทำความเย็นที่ไม่ดี อุณหภูมิของแบตเตอรี่จึงแสดงแนวโน้มสูงขึ้นเกือบแนวตั้งสำหรับสารดับเพลิงชนิดต่างๆ ในช่วงเวลาสั้นๆ อุณหภูมิของแบตเตอรี่จะสูงขึ้นถึงจุดสูงสุด.

ในขั้นตอนนี้ ประสิทธิภาพของสารดับเพลิงชนิดต่างๆ ในการยับยั้งการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิแบตเตอรี่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ประสิทธิภาพตามลำดับจากมากไปน้อยคือ น้ำ > เพอร์ฟลูออโรเฮกเซน > HFC-227ea > ผงแห้ง ABC > CO2 เมื่ออุณหภูมิของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ จะมีเวลาตอบสนองมากขึ้นสำหรับคำเตือนไฟไหม้แบตเตอรี่ และเวลาตอบสนองมากขึ้นสำหรับผู้ปฏิบัติงาน

บทสรุป

1. CO2: สารดับเพลิง เช่น CO2 ซึ่งส่วนใหญ่ออกฤทธิ์โดยการหายใจไม่ออกและการแยกออกจากกัน มีผลในการยับยั้งไฟจากแบตเตอรี่ได้ไม่ดี ในการศึกษานี้ ปรากฏการณ์การลุกไหม้อย่างรุนแรงเกิดขึ้นกับ CO2 ซึ่งทำให้ไม่เหมาะสมกับเพลิงไหม้จากแบตเตอรี่ลิเธียม
2. ผงแห้ง ABC / HFC-227ea: ผงแห้ง ABC และสารดับเพลิง HFC-227ea ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วออกฤทธิ์ผ่านการแยกตัวและปราบปรามสารเคมี สามารถยับยั้งปฏิกิริยาลูกโซ่ภายในแบตเตอรี่ได้บางส่วน มีผลดีกว่า CO2 เล็กน้อย แต่เนื่องจากไม่มีผลในการระบายความร้อนและไม่สามารถปิดกั้นปฏิกิริยาภายในแบตเตอรี่ได้อย่างสมบูรณ์ อุณหภูมิของแบตเตอรี่จึงยังคงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วหลังจากปล่อยสารดับเพลิง
3. เปอร์ฟลูออโรเฮกเซน: เปอร์ฟลูออโรเฮกเซนไม่เพียงแต่ปิดกั้นปฏิกิริยาภายในแบตเตอรี่เท่านั้น แต่ยังดูดซับความร้อนผ่านการระเหยอีกด้วย ดังนั้นผลการยับยั้งการเกิดเพลิงไหม้จากแบตเตอรี่จึงดีกว่าสารดับเพลิงชนิดอื่นอย่างมาก
4. น้ำ: ในบรรดาสารดับเพลิงทั้งหมด น้ำมีผลในการดับเพลิงที่ชัดเจนที่สุด สาเหตุหลักมาจากน้ำมีความจุความร้อนจำเพาะสูง ทำให้สามารถดูดซับความร้อนปริมาณมากได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งจะทำให้สารออกฤทธิ์ที่ไม่ทำปฏิกิริยาภายในแบตเตอรี่เย็นลง และยับยั้งไม่ให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก อย่างไรก็ตาม น้ำทำให้แบตเตอรี่เสียหายอย่างมากและไม่มีผลกระทบต่อฉนวน ดังนั้นการใช้งานจึงควรระมัดระวังอย่างยิ่ง

เราควรเลือกอะไร?

เราได้สำรวจระบบป้องกันอัคคีภัยที่ใช้โดยผู้ผลิตระบบกักเก็บพลังงานหลายรายที่มีอยู่ในตลาดในปัจจุบัน โดยใช้โซลูชั่นดับเพลิงต่อไปนี้เป็นหลัก:

• เพอร์ฟลูออโรเฮกเซน + น้ำ
• สเปรย์ + น้ำ

จะเห็นได้ว่าสารดับเพลิงที่ทำงานร่วมกัน เป็นกระแสหลักสำหรับผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม ยกตัวอย่างเพอร์ฟลูออโรเฮกเซน + น้ำ เพอร์ฟลูออโรเฮกเซนสามารถดับเปลวไฟได้อย่างรวดเร็ว ช่วยให้ละอองน้ำละเอียดสัมผัสกับแบตเตอรี่สะดวกขึ้น ในขณะที่ละอองน้ำละเอียดสามารถทำให้เปลวไฟเย็นลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ การดำเนินงานของสหกรณ์มีผลในการดับเพลิงและความเย็นที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้สารดับเพลิงชนิดเดียว ปัจจุบัน กฎระเบียบแบตเตอรี่ใหม่ของสหภาพยุโรปกำหนดให้ฉลากแบตเตอรี่ในอนาคตต้องรวมสารดับเพลิงที่มีอยู่ด้วย ผู้ผลิตยังต้องเลือกสารดับเพลิงที่เหมาะสมโดยพิจารณาจากผลิตภัณฑ์ ข้อบังคับท้องถิ่น และประสิทธิผล