لقد كانت سلامة بطاريات الليثيوم دائمًا مصدر قلق في الصناعة. نظرًا لهيكلها المادي الخاص وبيئة التشغيل المعقدة، بمجرد وقوع حادث حريق، فإنه سوف يتسبب في تلف المعدات، وفقدان الممتلكات، وحتى وقوع إصابات. بعد حدوث حريق في بطارية الليثيوم، يكون التخلص منها صعبًا، ويستغرق وقتًا طويلاً، وغالبًا ما يتضمن توليد كمية كبيرة من الغازات السامة. ولذلك، فإن إطفاء الحرائق في الوقت المناسب يمكن أن يتحكم بشكل فعال في انتشار الحريق، ويتجنب حدوث حرق واسع النطاق، ويوفر المزيد من الوقت للأفراد للهروب.

أثناء عملية الهروب الحراري لبطاريات الليثيوم أيون، غالبًا ما يحدث دخان وحريق وحتى انفجار. لذلك، أصبح التحكم في مشكلة الانفلات الحراري والانتشار هو التحدي الرئيسي الذي تواجهه منتجات بطاريات الليثيوم أثناء عملية الاستخدام. يمكن أن يؤدي اختيار تقنية إطفاء الحرائق المناسبة إلى منع المزيد من انتشار الانفلات الحراري للبطارية، وهو أمر له أهمية كبيرة في منع حدوث الحرائق.

ستقدم هذه المقالة طفايات الحريق وآليات الإطفاء السائدة المتوفرة حاليًا في السوق، وتحلل مزايا وعيوب الأنواع المختلفة من طفايات الحريق.

أنواع طفايات الحريق

حاليًا، تنقسم طفايات الحريق الموجودة في السوق بشكل أساسي إلى طفايات حريق تعمل بالغاز، وطفايات حريق مائية، وطفايات حريق تعمل بالهباء الجوي، وطفايات حريق تعمل بالمسحوق الجاف. فيما يلي مقدمة عن الرموز والخصائص الخاصة بكل نوع من طفايات الحريق.

البيرفلوروهكسان: تم إدراج البيرفلوروهكسان في قائمة جرد PFAS لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية ووكالة حماية البيئة الأمريكية. ولذلك، فإن استخدام البيرفلوروهكسان كعامل إطفاء حريق يجب أن يتوافق مع القوانين واللوائح المحلية ويتواصل مع الهيئات التنظيمية البيئية. وبما أن منتجات البيرفلوروهكسان في التحلل الحراري هي غازات دفيئة، فهي غير مناسبة للرش المستمر بجرعات كبيرة على المدى الطويل. يوصى باستخدامه مع نظام رش الماء.

ثلاثي فلورو الميثان:يتم إنتاج عوامل ثلاثي فلورو الميثان فقط من قبل عدد قليل من الشركات المصنعة، ولا توجد معايير وطنية محددة تنظم هذا النوع من عوامل إطفاء الحرائق. تكلفة الصيانة مرتفعة، لذلك لا ينصح باستخدامه.

سداسي فلورو البروبان:يكون عامل الإطفاء هذا عرضة لتلف الأجهزة أو المعدات أثناء الاستخدام، كما أن قدرته على الاحتباس الحراري (GWP) مرتفعة نسبيًا. ولذلك، لا يمكن استخدام سداسي فلورو البروبان إلا كعامل إطفاء حريق انتقالي.

سباعي فلورو البروبان:بسبب ظاهرة الاحتباس الحراري، يتم تقييدها تدريجيًا من قبل العديد من البلدان وستواجه التخلص منها. في الوقت الحالي، تم إيقاف استخدام عوامل سباعي فلورو بروبان، الأمر الذي سيؤدي إلى مشاكل في إعادة ملء أنظمة سباعي فلورو بروبان الموجودة أثناء الصيانة. ولذلك، لا ينصح باستخدامه.

الغاز الخامل:بما في ذلك IG 01، IG 100، IG 55، IG 541، ومن بينها IG 541 يُستخدم على نطاق واسع ومعترف به دوليًا كعامل إطفاء حريق صديق للبيئة وصديق للبيئة. ومع ذلك، فإن لها مساوئ ارتفاع تكلفة البناء، وارتفاع الطلب على أسطوانات الغاز، وشغل مساحة كبيرة.

وكيل المياه القائمة:يتم استخدام طفايات الحريق برذاذ الماء الناعم على نطاق واسع، ولها أفضل تأثير تبريد. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الماء يتمتع بسعة حرارية نوعية كبيرة، يمكنها امتصاص كمية كبيرة من الحرارة بسرعة، وتبريد المواد النشطة غير المتفاعلة داخل البطارية، وبالتالي منع ارتفاع درجة الحرارة بشكل أكبر. ومع ذلك، يسبب الماء ضررًا كبيرًا للبطاريات وهو غير عازل، مما يؤدي إلى حدوث دوائر قصيرة للبطارية.

الهباء الجوي:نظرًا لملاءمته للبيئة، وعدم سميته، وتكلفته المنخفضة، وسهولة صيانته، أصبح الأيروسول هو عامل إطفاء الحرائق الرئيسي. ومع ذلك، يجب أن يتوافق الهباء الجوي المختار مع لوائح الأمم المتحدة والقوانين واللوائح المحلية، كما يلزم الحصول على شهادة المنتج الوطني المحلي. ومع ذلك، تفتقر الأيروسول إلى قدرات التبريد، وأثناء تطبيقها، تظل درجة حرارة البطارية مرتفعة نسبيًا. بعد توقف عامل إطفاء الحريق عن إطلاقه، تصبح البطارية عرضة لإعادة الاشتعال.

فعالية طفايات الحريق

أجرى مختبر الدولة الرئيسي لعلوم الحرائق في جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين دراسة تقارن تأثيرات إطفاء الحرائق لمسحوق ABC الجاف، وسباعي فلورو بروبان، والماء، والبيرفلوروهكسان، وطفايات الحريق ثاني أكسيد الكربون على بطارية ليثيوم أيون 38 أمبير.

مقارنة عملية إطفاء الحرائق

يمكن للمسحوق الجاف ABC، وسباعي فلورو بروبان، والماء، والبيرفلوروهكسان أن تطفئ حرائق البطاريات بسرعة دون إعادة الاشتعال. ومع ذلك، لا تستطيع طفايات الحريق ثاني أكسيد الكربون إطفاء حرائق البطاريات بشكل فعال وقد تتسبب في إعادة الاشتعال.

مقارنة نتائج إخماد الحرائق

بعد الهروب الحراري، يمكن تقسيم سلوك بطاريات الليثيوم تحت تأثير طفايات الحريق إلى ثلاث مراحل تقريبًا: مرحلة التبريد، ومرحلة الارتفاع السريع في درجة الحرارة، ومرحلة الانخفاض البطيء في درجة الحرارة.

المرحلة الأولىهي مرحلة التبريد، حيث تنخفض درجة حرارة سطح البطارية بعد إطلاق طفاية الحريق. ويرجع ذلك أساسًا إلى سببين:

• تنفيس البطارية: قبل الهروب الحراري لبطاريات الليثيوم أيون، تتراكم كمية كبيرة من الألكانات وغاز ثاني أكسيد الكربون داخل البطارية. عندما تصل البطارية إلى الحد الأقصى للضغط، ينفتح صمام الأمان، ويطلق الغاز عالي الضغط. يقوم هذا الغاز بنقل المواد النشطة داخل البطارية مع توفير بعض تأثير التبريد للبطارية.
• تأثير مطفأة الحريق: يأتي تأثير التبريد لمطفأة الحريق بشكل رئيسي من جزأين: امتصاص الحرارة أثناء تغيير الطور وتأثير العزل الكيميائي. يزيل امتصاص الحرارة المتغير الطور الحرارة الناتجة عن البطارية مباشرة، في حين أن تأثير العزل الكيميائي يقلل بشكل غير مباشر من توليد الحرارة عن طريق مقاطعة التفاعلات الكيميائية. يتمتع الماء بأهم تأثير تبريد بسبب سعته الحرارية النوعية العالية، مما يسمح له بامتصاص كمية كبيرة من الحرارة بسرعة. يلي ذلك البيرفلوروهكسان، في حين أن المسحوق الجاف HFC-227ea وCO2 وABC لا يظهر تأثيرات تبريد كبيرة، وهو ما يرتبط بطبيعة وآلية عمل طفايات الحريق.

المرحلة الثانية هي مرحلة الارتفاع السريع في درجة الحرارة، حيث ترتفع درجة حرارة البطارية بسرعة من قيمتها الدنيا إلى ذروتها. نظرًا لأن طفايات الحريق لا يمكنها إيقاف تفاعل التحلل داخل البطارية بشكل كامل، ولأن معظم طفايات الحريق لها تأثيرات تبريد ضعيفة، فإن درجة حرارة البطارية تظهر اتجاهًا تصاعديًا عموديًا تقريبًا بالنسبة لطفايات الحريق المختلفة. وفي فترة قصيرة ترتفع درجة حرارة البطارية إلى ذروتها.

في هذه المرحلة يوجد فرق كبير في فعالية طفايات الحريق المختلفة في تثبيط ارتفاع درجة حرارة البطارية. الفعالية بالترتيب التنازلي هي الماء > البيرفلوروهكسان > HFC-227ea > المسحوق الجاف ABC > ثاني أكسيد الكربون. عندما ترتفع درجة حرارة البطارية ببطء، فإنها توفر المزيد من وقت الاستجابة للتحذير من حريق البطارية والمزيد من وقت رد الفعل للمشغلين.

خاتمة

1. ثاني أكسيد الكربون: إن طفايات الحريق مثل ثاني أكسيد الكربون، والتي تعمل في المقام الأول عن طريق الاختناق والعزل، لها تأثيرات مثبطة ضعيفة على حرائق البطاريات. في هذه الدراسة، حدثت ظاهرة إعادة اشتعال شديدة مع ثاني أكسيد الكربون، مما يجعله غير مناسب لحرائق بطاريات الليثيوم.
2. مسحوق ABC الجاف / HFC-227ea: مسحوق ABC الجاف وطفايات الحريق HFC-227ea، التي تعمل في المقام الأول من خلال العزل والقمع الكيميائي، يمكن أن تمنع جزئيًا التفاعلات المتسلسلة داخل البطارية إلى حد ما. لها تأثير أفضل قليلاً من ثاني أكسيد الكربون، ولكن نظرًا لأنها تفتقر إلى تأثيرات التبريد ولا يمكنها منع التفاعلات الداخلية في البطارية تمامًا، فإن درجة حرارة البطارية تستمر في الارتفاع بسرعة بعد إطلاق مطفأة الحريق.
3. البيرفلوروهكسان: لا يمنع البيرفلوروهكسان تفاعلات البطارية الداخلية فحسب، بل يمتص الحرارة أيضًا من خلال التبخير. ولذلك فإن تأثيره المثبط لحرائق البطاريات أفضل بكثير من طفايات الحريق الأخرى.
4. الماء: من بين جميع طفايات الحريق، يعتبر الماء هو التأثير الأكثر وضوحًا في إطفاء الحرائق. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الماء يتمتع بقدرة حرارية نوعية كبيرة، مما يسمح له بامتصاص كمية كبيرة من الحرارة بسرعة. يؤدي ذلك إلى تبريد المواد النشطة غير المتفاعلة داخل البطارية، وبالتالي منع ارتفاع درجة الحرارة بشكل أكبر. ومع ذلك، يسبب الماء ضررًا كبيرًا للبطاريات وليس له أي تأثير عازل، لذا يجب أن يكون استخدامه حذرًا للغاية.

ماذا يجب أن نختار؟

لقد قمنا بمسح أنظمة الحماية من الحرائق المستخدمة من قبل العديد من الشركات المصنعة لأنظمة تخزين الطاقة الموجودة حاليًا في السوق، والتي تستخدم في المقام الأول حلول إطفاء الحرائق التالية:

• بيرفلوروهكسان + ماء
• الهباء الجوي + الماء

يمكن ملاحظة ذلكعوامل إطفاء الحرائق التآزرية هي الاتجاه السائد لمصنعي بطاريات الليثيوم. إذا أخذنا البيرفلوروهكسان + الماء كمثال، يمكن للبيرفلوروهكسان أن يطفئ اللهب المكشوف بسرعة، مما يسهل تلامس رذاذ الماء الناعم مع البطارية، في حين أن رذاذ الماء الناعم يمكن أن يبردها بشكل فعال. تتمتع العملية التعاونية بتأثيرات أفضل في إطفاء الحرائق والتبريد مقارنة باستخدام عامل إطفاء حرائق واحد. في الوقت الحالي، تتطلب لائحة البطارية الجديدة للاتحاد الأوروبي أن تتضمن ملصقات البطاريات المستقبلية عوامل إطفاء الحرائق المتوفرة. يحتاج المصنعون أيضًا إلى اختيار عامل إطفاء الحرائق المناسب بناءً على منتجاتهم واللوائح المحلية وفعاليتهم.