A segurança das baterias de lítio sempre foi uma preocupação na indústria. Devido à sua estrutura de material especial e ambiente operacional complexo, uma vez ocorrido um acidente de incêndio, poderá causar danos ao equipamento, perda de propriedade e até mesmo vítimas. Após a ocorrência de um incêndio na bateria de lítio, o descarte é difícil, demorado e muitas vezes envolve a geração de uma grande quantidade de gases tóxicos. Portanto, a extinção oportuna do incêndio pode controlar efetivamente a propagação do fogo, evitar queimadas extensas e proporcionar mais tempo para o pessoal escapar.

Durante o processo de fuga térmica das baterias de íons de lítio, ocorrem frequentemente fumaça, incêndio e até explosão. Portanto, controlar o problema de fuga térmica e difusão tornou-se o principal desafio enfrentado pelos produtos de bateria de lítio no processo de uso. A escolha da tecnologia correta de extinção de incêndio pode evitar a propagação da fuga térmica da bateria, o que é de grande importância para suprimir a ocorrência de incêndio.

Este artigo apresentará os principais extintores e mecanismos de extinção atualmente disponíveis no mercado e analisará as vantagens e desvantagens dos diferentes tipos de extintores.

Tipos de extintores de incêndio

Atualmente, os extintores de incêndio no mercado são divididos principalmente em extintores de gás, extintores à base de água, extintores de aerossol e extintores de pó seco. Abaixo está uma introdução aos códigos e características de cada tipo de extintor de incêndio.

Perfluorohexano: O perfluorohexano foi listado no inventário PFAS da OCDE e da EPA dos EUA. Portanto, o uso de perfluorohexano como agente extintor de incêndio deve cumprir as leis e regulamentos locais e comunicar-se com as agências reguladoras ambientais. Como os produtos do perfluorohexano em decomposição térmica são gases de efeito estufa, ele não é adequado para pulverização contínua, de longo prazo e em grandes doses. Recomenda-se utilizá-lo em combinação com um sistema de pulverização de água.

Trifluorometano:Os agentes trifluorometano são produzidos apenas por alguns fabricantes e não existem normas nacionais específicas que regulamentem este tipo de agente extintor de incêndio. O custo de manutenção é alto, portanto seu uso não é recomendado.

Hexafluoropropano:Este agente extintor é propenso a danificar dispositivos ou equipamentos durante o uso e seu Potencial de Aquecimento Global (GWP) é relativamente alto. Portanto, o hexafluoropropano só pode ser usado como agente transitório de extinção de incêndio.

Heptafluoropropano:Devido ao efeito estufa, está sendo gradativamente restringido por diversos países e enfrentará eliminação. Atualmente, os agentes heptafluoropropano foram descontinuados, o que levará a problemas no reabastecimento dos sistemas de heptafluoropropano existentes durante a manutenção. Portanto, seu uso não é recomendado.

Gás Inerte:Incluindo IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, entre os quais IG 541 é mais amplamente utilizado e é reconhecido internacionalmente como um agente extintor de incêndio verde e ecologicamente correto. Porém, apresenta as desvantagens do alto custo de construção, alta demanda por cilindros de gás e grande ocupação de espaço.

Agente à Base de Água:Extintores de névoa fina de água são amplamente utilizados e têm o melhor efeito de resfriamento. Isto ocorre principalmente porque a água tem uma grande capacidade de calor específico, que pode absorver rapidamente uma grande quantidade de calor, resfriando as substâncias ativas que não reagiram dentro da bateria e inibindo assim um maior aumento de temperatura. No entanto, a água causa danos significativos às baterias e não é isolante, causando curto-circuitos nas baterias.

Aerossol:Devido ao seu respeito ao meio ambiente, não toxicidade, baixo custo e fácil manutenção, o aerossol tornou-se o principal agente extintor de incêndio. No entanto, o aerossol selecionado deve cumprir os regulamentos da ONU e as leis e regulamentos locais, e é necessária a certificação nacional do produto. No entanto, os aerossóis não possuem capacidade de resfriamento e, durante a sua aplicação, a temperatura da bateria permanece relativamente alta. Depois que o agente extintor de incêndio parar de ser liberado, a bateria estará propensa a reacender.

Eficácia dos extintores de incêndio

O Laboratório Estatal de Ciência do Fogo da Universidade de Ciência e Tecnologia da China conduziu um estudo comparando os efeitos de extinção de incêndio do pó seco ABC, heptafluoropropano, água, perfluorohexano e extintores de CO2 em uma bateria de íon-lítio 38A.

Comparação de processos de extinção de incêndio

Pó seco ABC, heptafluoropropano, água e perfluorohexano podem extinguir rapidamente incêndios em baterias sem reacender. No entanto, os extintores de CO2 não conseguem extinguir eficazmente os incêndios das baterias e podem causar reacendimento.

Comparação dos resultados de supressão de incêndio

Após a fuga térmica, o comportamento das baterias de lítio sob a ação de extintores de incêndio pode ser dividido em três estágios: o estágio de resfriamento, o estágio de rápido aumento da temperatura e o estágio de lento declínio da temperatura.

A primeira etapaé a fase de resfriamento, onde a temperatura da superfície da bateria diminui após a liberação do extintor de incêndio. Isto se deve principalmente a dois motivos:

• Ventilação da bateria: Antes da fuga térmica das baterias de íon de lítio, uma grande quantidade de alcanos e gás CO2 se acumula dentro da bateria. Quando a bateria atinge o limite de pressão, a válvula de segurança abre, liberando gás de alta pressão. Este gás transporta as substâncias ativas dentro da bateria, ao mesmo tempo que proporciona algum efeito de resfriamento à bateria.
• Efeito do extintor de incêndio: O efeito de resfriamento do extintor de incêndio vem principalmente de duas partes: a absorção de calor durante a mudança de fase e o efeito de isolamento químico. A absorção de calor por mudança de fase remove diretamente o calor gerado pela bateria, enquanto o efeito de isolamento químico reduz indiretamente a geração de calor ao interromper as reações químicas. A água tem o efeito de resfriamento mais significativo devido à sua alta capacidade de calor específico, permitindo absorver rapidamente uma grande quantidade de calor. Segue-se o perfluorohexano, enquanto o HFC-227ea, o CO2 e o pó seco ABC não apresentam efeitos de resfriamento significativos, o que está relacionado à natureza e ao mecanismo dos extintores de incêndio.

A segunda etapa é o estágio de aumento rápido da temperatura, onde a temperatura da bateria aumenta rapidamente do seu valor mínimo ao seu pico. Como os extintores de incêndio não conseguem parar completamente a reação de decomposição dentro da bateria, e a maioria dos extintores de incêndio tem efeitos de resfriamento fracos, a temperatura da bateria mostra uma tendência ascendente quase vertical para diferentes extintores de incêndio. Em um curto período, a temperatura da bateria sobe ao seu pico.

Nesta fase, existe uma diferença significativa na eficácia dos diferentes extintores de incêndio na inibição do aumento da temperatura da bateria. A eficácia em ordem decrescente é água > perfluorohexano > HFC-227ea > pó seco ABC > CO2. Quando a temperatura da bateria aumenta lentamente, proporciona mais tempo de resposta para aviso de incêndio na bateria e mais tempo de reação para os operadores.

Conclusão

1. CO2: Extintores de incêndio como o CO2, que atuam principalmente por sufocamento e isolamento, têm efeitos inibitórios fracos sobre incêndios em baterias. Neste estudo, ocorreram fenômenos graves de reignição com CO2, tornando-o inadequado para incêndios em baterias de lítio.
2. Pó seco ABC / HFC-227ea: O pó seco ABC e os extintores de incêndio HFC-227ea, que atuam principalmente por meio de isolamento e supressão química, podem inibir parcialmente as reações em cadeia dentro da bateria até certo ponto. Eles têm um efeito ligeiramente melhor que o CO2, mas como não possuem efeitos de resfriamento e não podem bloquear completamente as reações internas da bateria, a temperatura da bateria ainda aumenta rapidamente após a liberação do extintor de incêndio.
3. Perfluorohexano: O perfluorohexano não apenas bloqueia as reações internas da bateria, mas também absorve calor por meio da vaporização. Portanto, seu efeito inibitório sobre incêndios em baterias é significativamente melhor do que outros extintores de incêndio.
4. Água: Entre todos os extintores de incêndio, a água tem o efeito extintor de incêndio mais óbvio. Isto ocorre principalmente porque a água tem uma grande capacidade de calor específico, permitindo-lhe absorver rapidamente uma grande quantidade de calor. Isto arrefece as substâncias ativas que não reagiram no interior da bateria, inibindo assim um maior aumento de temperatura. No entanto, a água causa danos significativos às baterias e não tem efeito de isolamento, pelo que a sua utilização deve ser extremamente cautelosa.

O que devemos escolher?

Estudamos os sistemas de proteção contra incêndio utilizados por diversos fabricantes de sistemas de armazenamento de energia atualmente no mercado, empregando principalmente as seguintes soluções de extinção de incêndio:

• Perfluorohexano + Água
• Aerossol + Água

Pode-se ver queagentes sinérgicos de extinção de incêndio são a tendência dominante para os fabricantes de baterias de lítio. Tomando Perfluorohexano + Água como exemplo, o Perfluorohexano pode extinguir rapidamente chamas abertas, facilitando o contato da névoa fina de água com a bateria, enquanto a névoa fina de água pode resfriá-la efetivamente. A operação cooperativa tem melhores efeitos de extinção de incêndio e resfriamento em comparação com o uso de um único agente extintor de incêndio. Atualmente, o Novo Regulamento de Baterias da UE exige que os futuros rótulos de baterias incluam agentes extintores de incêndio disponíveis. Os fabricantes também precisam escolher o agente extintor de incêndio apropriado com base em seus produtos, regulamentações locais e eficácia.