سلامة البطاريات القائمة على الليثيوم لقد خضع لتدقيق مكثف، مما أدى إلى تشابهه مع مخاطر تخزين الطاقة التاريخية مثل انفجارات المحركات البخارية والخلافات المبكرة حول البنزين. ورغم أن تكنولوجيا أيونات الليثيوم آمنة بشكل عام، فإن حالات الفشل العرضية، مثل سحب شركة سوني لستة ملايين علبة في عام 2006، تسلط الضوء على المخاطر المحتملة.
يهدف مصنعو البطاريات إلى تقليل الجزيئات المعدنية التي يمكن أن تؤدي إلى حدوث دوائر قصيرة، على الرغم من التحديات في الحفاظ على النظافة المطلقة في غرف الأبحاث الخاصة بالبطاريات. تكون الخلايا ذات الفواصل الرفيعة للغاية (24 ميكرومتر أو أقل) أكثر عرضة للشوائب من التصميمات القديمة. نظرًا لأنها قد تشتعل، فقد تطورت معايير أمان جديدة من قبل UL، ولم تعد تتطلب اختبارات اختراق لقبول بطاريات الليثيوم.
ولضمان السلامة قبل الإصدار، تُخضع الشركات المصنعة عينات البطاريات لاختبارات صارمة، مما يتطلب مليون عينة خالية من الأعطال على مدار عام قبل الموافقة على التطبيقات المهمة مثل الأجهزة الطبية.
مع اقتراب تقنية Li-ion الحالية من حدود سعة الطاقة، يعطي المصنعون الأولوية لتحسين السلامة وطول العمر على السعة الهائلة. لا تزال هناك تحديات بسبب الدوائر القصيرة الداخلية التي يمكن أن تتغلب على تدابير الحماية الخارجية، كما يتضح من الاستدعاء عام 2006، والذي استوفي متطلبات السلامة UL ولكنه ما زال يفشل أثناء الاستخدام العادي.
تنقسم حالات فشل البطارية إلى فئتين: عيوب التصميم التي يمكن التنبؤ بها والأحداث العشوائية دون مشاكل واضحة في التصميم. يمكن أن يؤدي القصور البسيط إلى زيادة التفريغ الذاتي مع الحد الأدنى من تراكم الحرارة. ومع ذلك، فإن تراكم الجزيئات المعدنية يمكن أن يؤدي إلى تدفق تيار كبير وتسخين مفرط، مما قد يتسبب في حدوث ذلك هارب حراري، غالبا ما يوصف بأنه “التنفيس مع اللهب.”
علاوة على ذلك، فإن الفواصل غير المستوية تزيد من المقاومة وتولد بقع حرارة محلية تضعف سلامة الفاصل. معظم كبرى الشركات المصنعة ليثيوم أيون تصوير كل خلية بالأشعة السينية أثناء مراقبة الجودة للكشف عن الحالات الشاذة مثل علامات التبويب المنحنية أو لفات الجيلي المسحوقة – المساهمة في معايير سلامة البطاريات الحالية التي تدعمها عادةً العلامات التجارية المعترف بها فقط.
تعزيز سلامة بطارية الليثيوم أيون: الاعتبارات الرئيسية
تعتبر بطاريات الليثيوم أيون عالية الجودة آمنة بطبيعتها عند استخدامها بشكل صحيح. ومع ذلك، تم الإبلاغ عن العديد من حوادث الحرارة والحرائق في المنتجات الاستهلاكية التي تحتوي على بطاريات غير معتمدة، مثل الألواح الطائرة. تم حل هذه المشكلات إلى حد كبير باستخدام بطاريات Li-ion المعتمدة في الموديلات الحديثة.
يمكن أن يؤدي سوء الاستخدام، مثل التعرض للظروف القاسية أو الشحن الزائد، إلى حدوث أعطال في جميع أنواع البطاريات، مما يؤكد الحاجة إلى ممارسات التعامل المناسبة. تتطلب خلايا أيون الليثيوم إدارة دقيقة لمنع عدم الاستقرار، بما في ذلك تجنب التفريغ العميق والتعرض للجهد المنخفض لفترة طويلة. تعد الحرارة والشحن الزائد من عوامل الضغط الأساسية لبطاريات Li-ion، مما يستلزم ممارسات تخزين حذرة مثل الشحن الجزئي والحماية من أشعة الشمس المباشرة. يتحمل المصنعون مسؤولية فشل البطارية، مما يؤكد التزامهم بمعايير السلامة على الرغم من الحوادث النادرة في الاستخدام اليومي للجهاز.
على الرغم من استخدام أكثر من مليار جهاز محمول يوميًا، إلا أن الحوادث تظل نادرة – أقل من فشل واحد لكل مليون لخلايا Li-ion عالية الجودة مقارنة باحتمال 1 من 13000 للإصابة بالبرق على مدار العمر.
عادةً ما تكون البطاريات الصناعية المستخدمة في الأدوات الكهربائية أكثر قوة من النماذج الاستهلاكية، ولكنها تركز على توصيل الطاقة بدلاً من فترات التشغيل الطويلة. تعتبر خلايا الطاقة أكثر أمانًا في حالة إساءة استخدامها مقارنة بخلايا الطاقة.
في السنوات الأخيرة، سلطت المخاوف الضوء على المخاطر المرتبطة بخلايا الليثيوم أيون (18650) ذات العلامة التجارية غير المألوفة والتي غالبًا ما تستخدم في التدخين الإلكتروني؛ وقد تفتقر هذه المنتجات إلى ضمان الجودة الموجود في العلامات التجارية ذات السمعة الطيبة. أدت الحرائق الناجمة عن بطاريات السجائر الإلكترونية المعيبة إلى حوادث خطيرة، مثل الهبوط الاضطراري لرحلة طيران WestJet بسبب حريق على متن الطائرة بسبب النقل غير القانوني للبطاريات.
فيما يتعلق بالمركبات الكهربائية (EVs)، تشير الإحصائيات إلى أنها تنتج حرائق أقل لكل مليار كيلومتر مدفوعة مقارنة بمركبات محرك الاحتراق الداخلي (ICE): حوالي حريقين لكل مليار كيلومتر لشركة Tesla مقابل حوالي 90 لمركبات ICE اليوم، بعد أن اشتعلت النيران في أكثر من 400000 سيارة ICE خلال الثمانينات.
ماذا تفعل إذا ارتفعت درجة حرارة البطارية أو اشتعلت فيها النيران
أثناء حادث ارتفاع درجة حرارة بطارية Li-ion، يعد اتخاذ إجراء فوري أمرًا حيويًا. إذا كانت البطارية تصدر صوت هسهسة أو تنتفخ، فانقل الجهاز إلى سطح غير قابل للاشتعال وفكر في نقله إلى مكان خارجي. قد لا يكون فصل البطارية ببساطة كافيًا لمنع حدوث المزيد من المشكلات.
بالنسبة لحرائق الليثيوم أيون الصغيرة، استخدم الرغوة أو ثاني أكسيد الكربون أو المواد الكيميائية الجافة أو مسحوق الجرافيت أو مسحوق النحاس أو طفايات الصودا. في كبائن الطائرات، قد يستخدم المضيفون الماء أو الصودا لإدارة حرائق الليثيوم أيون بسبب انخفاض محتوى الليثيوم في البطاريات.
تم تجهيز مناطق الشحن بأنظمة إخماد الحرائق، مثل الهالون، لإدارة حرائق الليثيوم أيون إلى جانب المواد الأخرى القابلة للاشتعال. توفر طرق الإطفاء الجديدة مثل Aqueous Vermiculite Dispersion (AVD) وExtover® طرقًا مبتكرة لإخماد احتراق البطاريات؛ كما يمكن للرمل الموجود في حاويات مقاومة للحريق أن يتحكم بشكل فعال في الحروق.
في حالة حرائق المركبات الكهربائية، والتي يمكن أن تكون أكثر شدة من حرائق المركبات ذات محركات الاحتراق الداخلي، يلزم اتباع طرق محددة لمكافحة الحرائق. يوصى باستخدام طفايات الفئة D في حرائق بطاريات الليثيوم المعدنية بسبب تفاعلها مع الماء.
مع زيادة أعداد المركبات الكهربائية، تصبح الحاجة إلى تقنيات متطورة لمكافحة الحرائق، مثل دمج الفواصل بين الخلايا لمنع التفاعلات المتسلسلة أثناء الهروب الحراري، ضرورية.
إرشادات فعالة للتعامل مع حريق بطارية ليثيوم أيون
- في حالة فشل بطارية Li-ion، والتي تتميز بالهسهسة والانتفاخ وتسرب الإلكتروليت، فإن اتخاذ إجراء فوري أمر بالغ الأهمية لمنع المخاطر المحتملة.
- يوصى بإخماد حريق ليثيوم أيون بالماء أو باستخدام طفاية حريق قياسية للتخفيف من خطر اشتعال المواد القريبة القابلة للاحتراق.
- عند التعامل مع حرائق معدن الليثيوم، من الضروري استخدام طفاية حريق من الفئة D بسبب طبيعة الليثيوم التفاعلية مع الماء.
- في حالة عدم وجود مطفأة من الفئة د، يمكن استخدام الماء كبديل لمنع انتشار الحريق بشكل فعال.
- للحصول على أفضل النتائج في إطفاء حريق ليثيوم أيون، يمكن استخدام عوامل إطفاء مختلفة مثل الرغوة أو ثاني أكسيد الكربون أو المواد الكيميائية الجافة ABC أو مسحوق الجرافيت أو مسحوق النحاس أو الصودا، على غرار سيناريوهات الحرائق القياسية القابلة للاحتراق.
- في الحالات التي لا يمكن فيها إطفاء بطارية الليثيوم أيون المحترقة، فإن السماح للبطارية بالاحتراق بطريقة خاضعة للرقابة يعد أسلوبًا قابلاً للتطبيق. من المهم مراقبة انتشار الخلايا، حيث أن كل خلية قد تحترق بمعدلات مختلفة عند تعرضها للحرارة، والتخلص الآمن من العبوات التي تبدو محترقة عن طريق وضعها في الخارج لفترة من الوقت لتقليل المخاطر المحتملة.
