La seguridad de las baterías de litio siempre ha sido una preocupación en la industria. Debido a su estructura material especial y su complejo entorno operativo, una vez que ocurre un accidente de incendio, causará daños al equipo, pérdidas de propiedad e incluso víctimas. Después de que se produce un incendio en una batería de litio, la eliminación es difícil, lleva mucho tiempo y, a menudo, implica la generación de una gran cantidad de gases tóxicos. Por lo tanto, la extinción oportuna del incendio puede controlar eficazmente la propagación del incendio, evitar quemaduras extensas y brindar más tiempo al personal para escapar.

Durante el proceso de fuga térmica de las baterías de iones de litio, a menudo se producen humo, incendios e incluso explosiones. Por lo tanto, controlar el problema de difusión y fuga térmica se ha convertido en el principal desafío que enfrentan los productos de baterías de litio en el proceso de uso. La elección de la tecnología de extinción de incendios adecuada puede evitar una mayor propagación de la fuga térmica de la batería, lo cual es de gran importancia para suprimir la ocurrencia de incendios.

Este artículo presentará los principales extintores y mecanismos de extinción disponibles actualmente en el mercado y analizará las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de extintores.

Tipos de extintores de incendios

Actualmente, los extintores de incendios en el mercado se dividen principalmente en extintores de gas, extintores de agua, extintores de aerosol y extintores de polvo seco. A continuación se muestra una introducción a los códigos y características de cada tipo de extintor..

perfluorohexano: El perfluorohexano figura en el inventario de PFAS de la OCDE y la EPA de EE. UU. Por lo tanto, el uso de perfluorohexano como agente extintor de incendios debe cumplir con las leyes y regulaciones locales y comunicarse con las agencias reguladoras ambientales. Dado que los productos del perfluorohexano en la descomposición térmica son gases de efecto invernadero, no es adecuado para la pulverización continua, en grandes dosis y a largo plazo. Se recomienda utilizarlo en combinación con un sistema de pulverización de agua.

Trifluorometano:Los agentes de trifluorometano solo son producidos por unos pocos fabricantes y no existen normas nacionales específicas que regulen este tipo de agente extintor de incendios. El coste de mantenimiento es elevado, por lo que no se recomienda su uso.

Hexafluoropropano:Este agente extintor es propenso a dañar dispositivos o equipos durante su uso y su potencial de calentamiento global (GWP) es relativamente alto. Por lo tanto, el hexafluoropropano sólo puede utilizarse como agente extintor de incendios de transición.

Heptafluoropropano:Debido al efecto invernadero, varios países lo están restringiendo gradualmente y se enfrentará a su eliminación. Actualmente, se han descontinuado los agentes de heptafluoropropano, lo que provocará problemas al rellenar los sistemas de heptafluoropropano existentes durante el mantenimiento. Por tanto, no se recomienda su uso.

Gas inerte:Incluyendo IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, entre los cuales el IG 541 es el más utilizado y reconocido internacionalmente como un agente extintor de incendios ecológico y respetuoso con el medio ambiente. Sin embargo, tiene las desventajas de un alto costo de construcción, una gran demanda de cilindros de gas y una gran ocupación de espacio.

Agente a base de agua:Los extintores de agua fina se utilizan ampliamente y tienen el mejor efecto de enfriamiento. Esto se debe principalmente a que el agua tiene una gran capacidad calorífica específica, que puede absorber rápidamente una gran cantidad de calor, enfriando las sustancias activas que no han reaccionado dentro de la batería e inhibiendo así un mayor aumento de temperatura. Sin embargo, el agua causa daños importantes a las baterías y no es aislante, lo que provoca cortocircuitos en las baterías.

Aerosol:Debido a su respeto al medio ambiente, su no toxicidad, su bajo costo y su fácil mantenimiento, el aerosol se ha convertido en el principal agente extintor de incendios. Sin embargo, el aerosol seleccionado debe cumplir con las regulaciones de las Naciones Unidas y las leyes y regulaciones locales, y se requiere una certificación nacional del producto. Sin embargo, los aerosoles carecen de capacidad de enfriamiento y, durante su aplicación, la temperatura de la batería permanece relativamente alta. Una vez que el agente extintor deja de liberarse, la batería es propensa a volver a encenderse..

Efectividad de los extintores de incendios

El Laboratorio Estatal Clave de Ciencias del Fuego de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China llevó a cabo un estudio que comparó los efectos de extinción de incendios de los extintores de polvo seco ABC, heptafluoropropano, agua, perfluorohexano y CO2 en una batería de iones de litio de 38 A.

Comparación de procesos de extinción de incendios

El polvo seco ABC, el heptafluoropropano, el agua y el perfluorohexano pueden extinguir rápidamente los incendios de baterías sin necesidad de volver a encenderlos. Sin embargo, los extintores de CO2 no pueden extinguir eficazmente los incendios de las baterías y pueden provocar un nuevo encendido.

Comparación de resultados de extinción de incendios

Después de la fuga térmica, el comportamiento de las baterías de litio bajo la acción de extintores de incendios se puede dividir aproximadamente en tres etapas: la etapa de enfriamiento, la etapa de rápido aumento de temperatura y la etapa de lento descenso de temperatura.

la primera etapaes la etapa de enfriamiento, donde la temperatura de la superficie de la batería disminuye después de que se libera el extintor de incendios. Esto se debe principalmente a dos motivos:

• Ventilación de la batería: antes de la fuga térmica de las baterías de iones de litio, se acumula una gran cantidad de alcanos y gas CO2 dentro de la batería. Cuando la batería alcanza su límite de presión, la válvula de seguridad se abre y libera gas a alta presión. Este gas transporta las sustancias activas dentro de la batería y al mismo tiempo proporciona cierto efecto de enfriamiento a la batería.
• Efecto del extintor de incendios: El efecto de enfriamiento del extintor de incendios proviene principalmente de dos partes: la absorción de calor durante el cambio de fase y el efecto de aislamiento químico. La absorción de calor por cambio de fase elimina directamente el calor generado por la batería, mientras que el efecto de aislamiento químico reduce indirectamente la generación de calor al interrumpir las reacciones químicas. El agua tiene el efecto de enfriamiento más significativo debido a su alta capacidad calorífica específica, lo que le permite absorber una gran cantidad de calor rápidamente. Le sigue el perfluorohexano, mientras que el HFC-227ea, el CO2 y el polvo seco ABC no muestran efectos refrescantes significativos, lo que está relacionado con la naturaleza y el mecanismo de los extintores de incendios.

La segunda etapa es la etapa de aumento rápido de temperatura, donde la temperatura de la batería aumenta rápidamente desde su valor mínimo hasta su valor máximo. Dado que los extintores de incendios no pueden detener completamente la reacción de descomposición dentro de la batería, y la mayoría de los extintores de incendios tienen efectos de enfriamiento deficientes, la temperatura de la batería muestra una tendencia ascendente casi vertical para diferentes extintores de incendios. En poco tiempo, la temperatura de la batería alcanza su punto máximo..

En esta etapa, existe una diferencia significativa en la efectividad de diferentes extintores de incendios para inhibir el aumento de temperatura de la batería. La efectividad en orden descendente es agua > perfluorohexano > HFC-227ea > polvo seco ABC > CO2. Cuando la temperatura de la batería aumenta lentamente, proporciona más tiempo de respuesta para la advertencia de incendio de la batería y más tiempo de reacción para los operadores.

Conclusión

1. CO2: Los extintores de incendios como el CO2, que actúan principalmente por asfixia y aislamiento, tienen efectos inhibidores deficientes sobre los incendios de baterías. En este estudio, se produjeron graves fenómenos de reencendido con el CO2, lo que lo hace inadecuado para incendios de baterías de litio.
2. Polvo seco ABC/HFC-227ea: Los extintores de incendios en polvo seco ABC y HFC-227ea, que actúan principalmente mediante aislamiento y supresión química, pueden inhibir parcialmente las reacciones en cadena dentro de la batería hasta cierto punto. Tienen un efecto ligeramente mejor que el CO2, pero como carecen de efectos de enfriamiento y no pueden bloquear completamente las reacciones internas en la batería, la temperatura de la batería aún aumenta rápidamente después de que se libera el extintor.
3. Perfluorohexano: El perfluorohexano no solo bloquea las reacciones internas de la batería sino que también absorbe el calor mediante la vaporización. Por lo tanto, su efecto inhibidor sobre los incendios de baterías es significativamente mejor que el de otros extintores.
4. Agua: Entre todos los extintores de incendios, el agua tiene el efecto extintor más evidente. Esto se debe principalmente a que el agua tiene una gran capacidad calorífica específica, lo que le permite absorber rápidamente una gran cantidad de calor. Esto enfría las sustancias activas que no han reaccionado dentro de la batería, inhibiendo así un mayor aumento de temperatura. Sin embargo, el agua causa daños importantes a las baterías y no tiene ningún efecto aislante, por lo que su uso debe ser extremadamente cauteloso.

¿Qué debemos elegir?

Hemos estudiado los sistemas de protección contra incendios utilizados por varios fabricantes de sistemas de almacenamiento de energía actualmente en el mercado, empleando principalmente las siguientes soluciones de extinción de incendios:

• Perfluorohexano + Agua
• Aerosol + Agua

Se puede ver queagentes extintores sinérgicos son la tendencia principal para los fabricantes de baterías de litio. Tomando perfluorohexano + agua como ejemplo, el perfluorohexano puede extinguir rápidamente las llamas abiertas, facilitando el contacto de la fina niebla de agua con la batería, mientras que la fina niebla de agua puede enfriarla eficazmente. La operación cooperativa tiene mejores efectos de extinción y enfriamiento de incendios en comparación con el uso de un solo agente extintor de incendios. Actualmente, el nuevo Reglamento sobre baterías de la UE exige que las futuras etiquetas de baterías incluyan los agentes extintores de incendios disponibles. Los fabricantes también deben elegir el agente extintor de incendios adecuado en función de sus productos, las normativas locales y su eficacia.