中國儲能網(wǎng)訊：隨著全球?qū)稍偕茉吹囊蕾嚾找婕由睿瑑δ芟到y(tǒng)作為穩(wěn)定電力供應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其安全性和可靠性也受到了前所未有的關(guān)注。儲能電池，特別是鋰離子電池，憑借其高能量密度和長循環(huán)壽命，在眾多應(yīng)用中脫穎而出，然而，鋰電池的大規(guī)模應(yīng)用也帶來了新的安全挑戰(zhàn)，尤其是火災(zāi)風(fēng)險，本文將深入探討儲能電池火災(zāi)的成因、特點，并詳細(xì)介紹適用于此類火災(zāi)的有效滅火劑及其應(yīng)用策略，旨在為行業(yè)提供參考。
1 電池火災(zāi)成因
電池火災(zāi)是氧化劑、可燃物和點火源綜合作用的結(jié)果。因此，電池?zé)崾Э貦C理可以簡化為“熱失控三角形”。燃燒過程可以隨著“熱失控三角形”中任何要素的破壞而終止。因此，對“熱失控三角形”的深刻理解可以指導(dǎo)我們有效撲滅電池火災(zāi)。
在熱濫用、電濫用或機械濫用等情況下，鈉離子電池內(nèi)部可能出現(xiàn)異常溫升，電池內(nèi)部材料經(jīng)歷一系列放熱反應(yīng)，進(jìn)一步提高了電池的溫度和反應(yīng)速率，并最終觸發(fā)熱失控。電池?zé)崾Э剡^程中的可燃物種類復(fù)雜多樣，包括石墨負(fù)極（可燃固體材料）、電解液溶劑（可燃液體）、氫氣及烴類氣體（可燃?xì)怏w）和金屬（可燃金屬）等。而且可燃材料的組分在熱失控過程中不斷變化。此外，電池?zé)崾Э匮葑儾蝗恳蕾囉诃h(huán)境氧氣供給，正極材料高溫分解也可釋放所需氧氣。因此，電池火災(zāi)是一種復(fù)雜多變的火災(zāi)情形。
2 電池火災(zāi)特點
與傳統(tǒng)火災(zāi)相比，電池?zé)崾Э鼗馂?zāi)有其自身的獨特性，總結(jié)如下：
（1）溫升速率高。電池在濫用條件下會自發(fā)地發(fā)生放熱反應(yīng)。觸發(fā)熱失控后，電池內(nèi)部放熱反應(yīng)劇烈，短時間內(nèi)產(chǎn)生大量熱量，使電池溫度急劇升高。熱失控過程中電池的最大溫升速率甚至超過100 ℃/s，表面溫度超過1000℃。如此高的溫度遠(yuǎn)超電池模塊內(nèi)外其他可燃材料燃點，易導(dǎo)致更大的火災(zāi)事故；
（2）伴隨劇烈射流火，且熱釋放速率高。隨著溫度的攀升，電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)加劇并釋放大量的氣體，氣體在電池內(nèi)部不斷積聚，導(dǎo)致內(nèi)壓逐漸增大。當(dāng)達(dá)到某一閾值時，電池安全閥破裂并噴出大量可燃?xì)怏w、電解液及材料顆粒，產(chǎn)生劇烈的射流火，火焰高度甚至可以達(dá)到1~2 m。
（3）火災(zāi)蔓延速度快。當(dāng)電池模組中某一電池失效而觸發(fā)熱失控時，緊密排列布置可以將熱量迅速傳遞到鄰近電池，造成電池模組內(nèi)發(fā)生熱失控傳播，引發(fā)災(zāi)難性后果。
（4）滅火難度大，火災(zāi)易復(fù)燃。熱失控過程中，大部分放熱反應(yīng)均發(fā)生在電池內(nèi)部。而由于外殼的阻礙，滅火劑很難進(jìn)入電池內(nèi)部阻斷熱失控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。因此，滅火過程中，電池內(nèi)部仍持續(xù)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致火災(zāi)難以撲滅。即使成功撲滅火災(zāi)，若無法徹底降低電池溫度，消除熱源，依然難以抑制內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)。此時，點火源、可燃物及氧化劑三要素均未消除，滅火劑釋放結(jié)束后電池火災(zāi)容易復(fù)燃。
（5）火災(zāi)具有爆炸風(fēng)險。熱失控過程產(chǎn)生大量氣體，包括CO、CO2、CH4、C2H4、H2和電解液蒸汽等。
（6）熱失控氣體具有毒害性。電池火災(zāi)中產(chǎn)生的氣體除具有可燃易爆性之外，還具有一定毒害性，是造成人員傷亡的主要原因之一。CO是火災(zāi)中最具毒性的氣體之一，可與氧氣競爭血液中的血紅蛋白，降低血紅蛋白的供氧能力，造成人體組織缺氧受損。
3 滅火策略
滅火劑的主要作用是消除“火三角”中一個或兩個因素，從而達(dá)到抑制火災(zāi)發(fā)生、控制火災(zāi)蔓延的目的。滅火機理主要分為隔離、窒息、冷卻和化學(xué)抑制。目前，用于抑制電池火災(zāi)的常用滅火劑可分為氣體滅火劑（二氧化碳、七氟丙烷、全氟己酮、液氮等）、固體滅火劑（干粉及氣溶膠滅火劑等）和液體滅火劑（水噴淋、細(xì)水霧、泡沫等）。
氣體滅火劑因其不導(dǎo)電、無腐蝕、無殘留和流動速度快的優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用于精密儀器和電氣火災(zāi)。同時，氣體滅火劑在密閉空間內(nèi)可發(fā)揮更好的滅火效果。其中，二氧化碳（CO2）等惰性氣體的滅火機理主要為窒息作用。因為CO2難以降低電池溫度，所以CO2滅火冷卻作用有限，難以徹底撲滅電池火災(zāi)。液氮對電池火災(zāi)具有較好的冷卻和滅火效果，表現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景。作為具有優(yōu)異滅火性能的哈龍?zhí)娲?，七氟丙烷和全氟己酮被廣泛應(yīng)用于撲滅電池火災(zāi)，其滅火機理主要包括窒息、冷卻和化學(xué)抑制。二者氣化和分解均可以吸收周圍熱量，降低火區(qū)溫度，稀釋氧氣濃度。同時，它們在高溫下分解產(chǎn)生的氟化物質(zhì)如CF3和CF2等可以捕獲游離自由基，中斷燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。但是該過程中會產(chǎn)生HF，當(dāng)濃度較高時，會對人身健康和設(shè)備造成損害。
固體滅火劑如干粉和氣溶膠等具有滅火效率高、儲存方便、成本低等優(yōu)點。干粉是通過干燥、粉碎和混合具有滅火效率的無機鹽而形成的固體粉末。ABC干粉的主要成分是磷酸銨，可以隔離、窒息、冷卻和化學(xué)抑制來熄滅火焰。干粉釋放進(jìn)火焰區(qū)后，在高溫下的分解產(chǎn)物可以捕獲H·、HO·自由基，中斷燃燒連鎖反應(yīng)。同時，干粉的分解將吸收熱量并產(chǎn)生氨和水蒸汽，稀釋火焰區(qū)的氧濃度。此外，干粉落在高溫可燃物的表面，熔化形成玻璃覆蓋層，隔離氧氣并使可燃物窒息。但是ABC干粉但冷卻能力有限，釋放結(jié)束后，電池溫度仍較高，可能導(dǎo)致復(fù)燃發(fā)生。
對于液態(tài)滅火劑，直接使用大量水噴淋可以有效帶走熱量，防止熱失控擴散到相鄰電池單元，但可能會因為電池破損后與電解液接觸產(chǎn)生氫氣導(dǎo)致二次爆炸風(fēng)險或電氣短路問題。細(xì)水霧則以較小的水滴尺寸提高了水分蒸發(fā)效率，能夠更高效地冷卻且減少用水量，同時降低上述風(fēng)險。泡沫滅火劑不僅能提供良好的隔熱效果，還能覆蓋燃燒物質(zhì)表面，隔絕氧氣，抑制火焰復(fù)燃，尤其適合應(yīng)對流淌火或地面溢出的可燃電解質(zhì)液體。然而，針對不同類型的電池火災(zāi)，選擇合適的滅火方式和滅火劑至關(guān)重要，以確保安全有效地?fù)錅缁馂?zāi)。
4 儲能電池火災(zāi)不僅威脅設(shè)施安全，也對環(huán)境和人員健康構(gòu)成嚴(yán)重挑戰(zhàn)。了解其成因、掌握火災(zāi)特點，并選擇合適的滅火劑與策略，是預(yù)防和應(yīng)對火災(zāi)的關(guān)鍵。通過采用先進(jìn)的滅火技術(shù)并結(jié)合完善的日常維護(hù)和管理，可以有效降低火災(zāi)風(fēng)險，保障儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
