リチウム電池の安全性は、業界では常に懸念されてきました。特殊な材料構造と複雑な使用環境により、ひとたび火災事故が発生すると、機器の損傷、物的損失、さらには死傷者が発生します。リチウム電池の火災が発生した場合、処理は困難で時間がかかり、多くの場合、有毒ガスが大量に発生します。したがって、適時に消火することで火災の広がりを効果的に制御し、大規模な火災を回避し、人員が避難する時間を増やすことができます。

リチウムイオン電池の熱暴走過程では、発煙、発火、さらには爆発が頻繁に発生します。したがって、熱暴走と拡散の問題を制御することが、リチウム電池製品の使用過程で直面する主な課題となっています。適切な消火技術を選択することで、バッテリーの熱暴走のさらなる拡大を防ぐことができ、火災の発生を抑制する上で非常に重要です。

この記事では、現在市販されている主流の消火器と消火機構を紹介し、各タイプの消火器の長所と短所を分析します。

消火器の種類

現在、市販されている消火器は、主にガス消火器、水系消火器、エアゾール消火器、粉末消火器に分類されます。各種消火器の規格と特徴をご紹介します。.

パーフルオロヘキサン: ペルフルオロヘキサンは、OECD および米国 EPA の PFAS インベントリにリストされています。したがって、パーフルオロヘキサンを消火剤として使用する場合は、現地の法律および規制を遵守し、環境規制当局と連絡を取る必要があります。パーフルオロヘキサンの熱分解生成物は温室効果ガスであるため、長期・大量・連続噴霧には適しません。散水システムと組み合わせて使用​​することをお勧めします。

トリフルオロメタン:トリフルオロメタン剤は少数のメーカーによってのみ製造されており、このタイプの消火剤を規制する特定の国家基準はありません。維持費が高額になるため、使用はお勧めできません。

ヘキサフルオロプロパン:この消火剤は使用中に機器や設備に損傷を与える傾向があり、地球温暖化係数 (GWP) が比較的高いです。したがって、ヘキサフルオロプロパンは暫定的な消火剤としてのみ使用できます。

ヘプタフルオロプロパン:温室効果のため、徐々に各国で規制され、廃止の危機に瀕しています。現在、ヘプタフルオロプロパン剤は製造中止されているため、メンテナンス時に既存のヘプタフルオロプロパン システムを補充する際に問題が発生します。したがって、その使用はお勧めできません。

不活性ガス:IG 01、IG 100、IG 55、IG 541 があり、中でも IG 541 はより広く使用されており、グリーンで環境に優しい消火剤として国際的に認められています。ただし、建設コストが高く、ガスシリンダーの需要が高く、占有スペースが大きいという欠点があります。

水系薬剤:微細な水噴霧消火器は広く使用されており、最高の冷却効果を持っています。これは主に、水の比熱容量が大きいため、すぐに大量の熱を吸収し、電池内の未反応の活物質を冷却し、さらなる温度上昇を抑制することができるためです。ただし、水はバッテリーに重大な損傷を与え、絶縁性がないため、バッテリーのショートを引き起こします。

エアロゾル：環境に優しく、毒性がなく、低コストでメンテナンスが簡単なため、エアゾールは主流の消火剤となっています。ただし、選択したエアロゾルは国連の規制および現地の法律および規制に準拠する必要があり、現地の国家製品認証が必要です。ただし、エアロゾルには冷却機能がないため、エアロゾルの適用中、バッテリーの温度は比較的高いままになります。消火剤の放出が止まった後、バッテリーは再発火しやすくなります.

消火器の効果

中国科学技術大学の国家火災科学重点実験室は、38A リチウムイオン電池に対する ABC 乾燥粉末、ヘプタフルオロプロパン、水、パーフルオロヘキサン、および CO2 消火剤の消火効果を比較する研究を実施しました。

消火プロセスの比較

ABC 乾燥粉末、ヘプタフルオロプロパン、水、およびパーフルオロヘキサンはすべて、再点火することなくバッテリー火災を迅速に消火します。しかし、CO2消火器はバッテリー火災を効果的に消火することができず、再発火を引き起こす可能性があります。

消火効果の比較

熱暴走後の消火剤の作用によるリチウム電池の挙動は、冷却段階、急激な温度上昇段階、緩やかな温度下降段階の3段階に大別できます。

最初のステージ冷却段階では、消火剤が放出された後、バッテリー表面の温度が低下します。これは主に次の 2 つの理由によるものです。

• バッテリーの排出: リチウムイオンバッテリーの熱暴走の前に、バッテリー内に大量のアルカンと CO2 ガスが蓄積します。バッテリーが圧力限界に達すると、安全弁が開き、高圧ガスが放出されます。このガスはバッテリー内の活性物質を運び出すと同時に、バッテリーにある程度の冷却効果ももたらします。
• 消火剤の効果: 消火剤の冷却効果は主に、相変化時の熱吸収と化学的隔離効果の 2 つの部分から生じます。相変化熱吸収はバッテリーから発生する熱を直接除去しますが、化学的隔離効果は化学反応を遮断することで間接的に発熱を軽減します。水は比熱容量が高く、大量の熱を急速に吸収できるため、最も顕著な冷却効果があります。パーフルオロヘキサンがそれに続きますが、HFC-227ea、CO2、ABC 乾燥粉末は顕著な冷却効果を示さず、これは消火剤の性質とメカニズムに関連しています。

第二段階 急速温度上昇段階では、バッテリー温度が最低値から最高値まで急速に上昇します。消火剤ではバッテリー内部の分解反応を完全に止めることはできず、多くの消火剤は冷却効果が低いため、消火剤の種類によってバッテリーの温度はほぼ垂直に上昇する傾向を示します。バッテリーの温度は短期間で最高温度まで上昇します.

この段階では、バッテリー温度の上昇を抑制する消火剤の効果には大きな違いがあります。有効性は水＞パーフルオロヘキサン＞HFC-227ea＞ABCドライパウダー＞CO2の順です。バッテリー温度の上昇が遅いと、バッテリー火災警報に対する応答時間が長くなり、オペレーターの反応時間が長くなります。

結論

1. CO2: CO2 のような消火剤は、主に窒息や隔離によって作用しますが、バッテリー火災に対する抑制効果は不十分です。この研究では、CO2 では深刻な再点火現象が発生し、リチウム電池の火災には適していませんでした。
2. ABC ドライパウダー / HFC-227ea: ABC ドライパウダーおよび HFC-227ea 消火剤は、主に隔離と化学的抑制によって作用し、バッテリー内の連鎖反応をある程度まで部分的に抑制できます。 CO2よりも若干効果はありますが、冷却効果が弱く、バッテリーの内部反応を完全に阻止できないため、消火剤の放出後もバッテリーの温度は急激に上昇します。
3. パーフルオロヘキサン: パーフルオロヘキサンは、バッテリー内部の反応をブロックするだけでなく、蒸発によって熱を吸収します。したがって、バッテリー火災に対するその抑制効果は他の消火剤よりも大幅に優れています。
4. 水: すべての消火剤の中で、水は最も明白な消火効果を持っています。これは主に、水の比熱容量が大きく、大量の熱を急速に吸収できるためです。これにより、電池内の未反応の活物質が冷却され、さらなる温度上昇が抑制されます。ただし、水はバッテリーに大きなダメージを与え、絶縁効果もないため、その使用には十分な注意が必要です。

何を選択すべきでしょうか?

私たちは、現在市場にあるいくつかのエネルギー貯蔵システム メーカーが使用している防火システムを調査しました。主に次の消火ソリューションが採用されています。

• パーフルオロヘキサン + 水
• エアゾール + 水

ことがわかります相乗消火剤 はリチウム電池メーカーの主流の傾向です。パーフルオロヘキサン + 水の場合を例にとると、パーフルオロヘキサンは裸火を素早く消し、微細な水ミストがバッテリーと接触しやすくする一方で、微細な水ミストがバッテリーを効果的に冷却します。単独の消火剤を使用する場合に比べ、協調運転により消火・冷却効果が向上します。 現在、EU の新電池規制により、将来の電池ラベルには利用可能な消火剤を含めることが義務付けられています。 メーカーはまた、自社の製品、地域の規制、効果に基づいて適切な消火剤を選択する必要があります。