Prevención de explosiones en baterías de litio y soluciones
Desde la aplicación comercial de las baterías de litio, la tecnología ha seguido avanzando, y se ha utilizado ampliamente en vehículos eléctricos, almacenamiento de energía, información electrónica y otros campos, lo que ha promovido en gran medida el desarrollo de la sociedad humana, pero al mismo tiempo, también hay diferentes formas de explosión de una batería de litio e incendios, lo que hace que la gente se preocupe por la seguridad de las baterías de iones de litio.
El poder de la explosión de las baterías de litio
Conocimientos teóricos: Intenta calcular, una batería de litio ternaria 18650 de 2,6AH completamente cargada, la electricidad es de 2,6*3,65*3,6=34,164 kilo julios de energía.
La energía generada por la boca de la pistola general es de unos 2,2 kilo julios, 1 julio equivale a 1 Newton de fuerza, y el trabajo realizado cuando el objeto se mueve 1 metro en la dirección de la fuerza, por lo que dentro del alcance de 50 metros de la pistola, puede matar fácilmente al enemigo.
Consideremos que un VE utiliza más de 7.000 baterías de litio modelo 18650 de 3,4AH. Desde el punto de vista de su almacenamiento de energía eléctrica, la energía eléctrica de la batería de iones de litio ordinaria con 150Wh/kg de densidad energética es aproximadamente 1/10 de la densidad energética generada por la explosión de TNT, el rey de los explosivos.
Últimas noticias: En 2024 se han producido varias explosiones de baterías de litio en todo el mundo. Entre ellos, el accidente de explosión e incendio de baterías de litio en la sala Ali Cloud de Singapur duró más de 30 horas. Además, un almacén de productos semiacabados de una fábrica de baterías de litio en China explotó repentinamente y la fábrica se incendió en menos de tres minutos. Afortunadamente, en ambos casos nadie resultó herido en el accidente.
Tiempo de escape corto: Desde el experimento de los bomberos profesionales que la batería de litio está dañado dentro de los 5 segundos del incendio de la superficie de la batería; 30 segundos de combustión producido humo tóxico puede cubrir toda la habitación y el pasillo; La temperatura alcanzará los 200 ° C en 90 segundos; Después de 3 minutos, el fuego entró en la etapa de combustión feroz, la temperatura alcanzó los 1000 ° C, y el humo caliente tóxico se extendió hacia arriba a lo largo de las escaleras a la velocidad de 3 a 5 segundos por metro, creando un efecto chimenea. Por lo tanto, una vez que la explosión de la batería de litio se produjo en un espacio confinado, el tiempo de escape dado no excederá de 3 minutos.
Causas de la explosión de las baterías de litio
Entonces, ¿por qué las baterías de litio son tan propensas a explotar e incendiarse? Hay varias razones para ello.
La insuficiente capacidad de la batería de litio
Cuando la capacidad de la parte negativa de la parte positiva en la batería de litio es insuficiente, los átomos de litio generados, durante la carga, no pueden insertarse en la estructura intercalada de la parte negativa. Se desintegrarán en la superficie del electrodo negativo para formar cristales.
La formación prolongada de cristalización en las baterías de litio provocará un cortocircuito. Mientras la célula se descarga bruscamente, se generará mucho calor y el separador se quemará. La alta temperatura hará que el electrolito se descomponga en gas, y cuando la presión sea demasiado grande, la célula explotará. Por lo tanto, si la batería no cumple un subcapacidad de la célula de la bateríaes posible que se produzca la explosión de la batería de litio.
Humedad excesiva
Durante la carga, el agua puede reaccionar con el litio y generar óxido de litio, por lo que se pierde la capacidad de la célula. Y es fácil sobrecargar la célula y generar gas. Cuando el voltaje de descomposición del agua es bajo, es fácil que se descomponga y genere gas. Esta serie de gas aumentará la presión interna de la célula, cuando la lata de la célula no puede soportar, la célula explotará.
Cortocircuito interno y externo
En cortocircuito de la batería causará la explosión.
El cortocircuito interno de la célula provoca una gran descarga de corriente, genera mucho calor, quema el separador, y provoca un fenómeno de cortocircuito mayor, que descompondrá el electrolito en gas, y la presión interna es demasiado grande, la célula explotará.
El cortocircuito externo puede ser causado por la desconexión de los electrodos positivo y negativo, debido al cortocircuito externo, la corriente de descarga de la batería es muy grande, hará que la célula se caliente, la alta temperatura hará que el separador dentro de la célula se encoja o se estropee completamente, resultando en un cortocircuito interno, y por lo tanto la explosión de la batería de litio.
La batería de litio está sobrecargada
Cuando la célula de la batería se sobrecarga, la liberación excesiva de litio en el electrodo positivo cambiará la estructura del electrodo positivo, y demasiado litio liberado es fácil que se introduzca en el electrodo negativo, y es fácil que se produzca litio en la superficie del electrodo negativo, y cuando el voltaje alcance 4,5 V o más, el electrolito se descompondrá y producirá una gran cantidad de gas. Cualquiera de estas cosas podría causar una explosión de la batería de litio.
Soluciones para la explosión de baterías de litio
Tomando como ejemplo la batería de litio utilizada en las bicicletas eléctricas, se pueden utilizar los siguientes métodos cuando su explosión se encuentra en un rango controlado:
Extintor de polvo seco
Tras incendiarse la batería de litio de la bicicleta eléctrica, el fuego abierto se extinguió rápidamente bajo la pulverización continua de polvo seco, pero el fuego abierto volvió a aparecer en el compartimento de la batería aproximadamente 1 minuto después.
En caso de pulverización repetida de polvo seco, la batería de litio tuvo un total de ocho rebrotes. Los bomberos rociaron un total de casi ocho latas de polvo seco en el extintor, que tardó 20 minutos en extinguir completamente el incendio de la batería. En este momento, la batería de litio de la bicicleta eléctrica se ha quemado, y el almacén de baterías ha quedado irreconocible.
Extintor de agua
Después de que la batería de litio de la bicicleta eléctrica entre en la etapa de combustión feroz, los bomberos rocían la batería con un extintor a base de agua, y el efecto no parece ser significativo al principio, la batería sigue deflagrando durante el proceso de rociado, pero a medida que el agente cubre gradualmente la parte en llamas, la incendio de una pila de litio se extingue pronto.
La batería de litio se volvió a encender cuatro veces, y se consumieron un total de cuatro tanques de extintores de agua antes y después, y todo el proceso de rescate duró 18 minutos.
Manta ignífuga multifuncional
Después de que el incendio de la batería de la bicicleta eléctrica entrara en la fase de combustión feroz, dos bomberos cubrieron completamente la bicicleta eléctrica con una manta ignífuga multifuncional, y pisaron el borde para cortar el aire, hasta que 1 hora más tarde, el fuego estaba básicamente extinguido. En este momento, la carcasa de plástico de la bicicleta eléctrica se ha quemado básicamente, pero tras el aislamiento de la manta ignífuga, se puede controlar eficazmente que el fuego se propague a los alrededores.
Consejos de los expertos
Los extintores de polvo seco pueden jugar un cierto efecto, pero el efecto de anti-reignición es pobre, los extintores a base de agua son mejores que los extintores de polvo seco, no sólo pueden extinguir las llamas abiertas, sino que también juegan el doble papel de refrigeración y enfriamiento y aislamiento de oxígeno, sino que también son más fáciles de penetrar en el interior de los materiales combustibles, y tienen un mejor efecto anti-reignición.
La manta ignífuga multifuncional es un tipo de equipo de extinción de incendios de emergencia con funciones como el aislamiento térmico, la supresión de humos y la prevención de incendios, que puede controlar la propagación del incendio en un primer momento y controlar el incendio en el área local, pero el tiempo de extinción es relativamente largo y el coste es elevado.
Según la práctica actual, el rescate continuo con una gran cantidad de agua es el más eficaz, y el de menor coste. Sin embargo, recuerde cuando el fuego y la explosión están fuera de control, abandonar el lugar tan pronto como sea posible.
Medidas para evitar la explosión de las baterías de litio
Para evitar que se produzcan accidentes por explosión de baterías de litio, podemos partir de los siguientes aspectos:
- Controle estrictamente el proceso de cobro: fijar un límite razonable tensión de carga de la batería de iones de litio y el límite superior de corriente para evitar que se produzca una sobrecarga. Utilice un cargador con protección contra sobrecarga para garantizar que la batería no supere el rango de seguridad durante la carga.
- Reforzar la gestión de la seguridad de las baterías: Realice periódicamente la inspección de seguridad y el mantenimiento de las baterías de litio, descubra y trate a tiempo los posibles peligros para la seguridad, y asegúrese de que la batería se encuentra en un estado seguro para evitar colisiones y extrusiones.
- Aumentar la concienciación sobre la seguridad: Reforzar la comprensión de los conocimientos sobre seguridad de las baterías de litio, mejorar la concienciación y la atención a la seguridad de las baterías de litio. Cumplir los procedimientos operativos de seguridad al utilizar productos con baterías de litio para evitar accidentes causados por métodos de uso y almacenamiento inadecuados.
Preguntas frecuentes sobre la batería de litio
¿Creará una batería de litio una explosión mayor cuando se cargue?
La potencia de explosión de una batería de litio cuando está cargada es casi la misma que la de una explosión repentina, pero el riesgo de explosión es mayor cuando está cargada. La explosión o combustión de las baterías de litio suele estar relacionada con varios factores, como el sobrecalentamiento, la sobrecarga, los daños físicos o los problemas de calidad de la batería.
Por lo tanto, el poder de carga de baterías de litio puede no ser tan grande como la del cortocircuito instantáneo, es más fácil alcanzar las condiciones de sobrecalentamiento que causan la explosión durante la carga, por lo que también es necesario prestar atención al tiempo de carga y al estado de la batería.
¿Serán más seguras las baterías de litio en el futuro?
En 2024, un equipo del académico Chen Jun de la Universidad de Nankai, en China, publicó un artículo titulado "Reducir el riesgo de seguridad de la alta inflamabilidad de las baterías de litio", y la introducción de compuestos retardantes de llama, como ésteres de fosfato y compuestos con alto contenido en flúor, se considera una estrategia prometedora. En este trabajo, se introduce un nuevo cosolvente DEFP de monofluorofosfato y se estudian sus características, lo que proporciona un nuevo método para el desarrollo de baterías de litio de alta seguridad y larga duración. Así, las baterías de litio serán más seguras en el futuro.
Conclusión
Este artículo presenta el poder de explosión de la batería de litio, dice la razón de explosión de la batería de litio, proporciona la solución de explosión de la batería de litio, con el fin de reducir la ocurrencia de accidentes de seguridad para proporcionar medidas para prevenir la explosión de la batería de litio. Utilice la batería de litio correcta, el uso correcto de la batería de litio puede facilitar eficazmente nuestra vida.
