ლითიუმის ბატარეების უსაფრთხოება ყოველთვის საზრუნავი იყო ინდუსტრიაში. მათი განსაკუთრებული მატერიალური სტრუქტურისა და რთული საოპერაციო გარემოს გამო, ხანძრის შემთხვევის შემდეგ, ეს გამოიწვევს აღჭურვილობის დაზიანებას, ქონების დაკარგვას და მსხვერპლსაც კი. ლითიუმის ბატარეის ხანძრის შემდეგ, განადგურება რთულია, დიდი დრო სჭირდება და ხშირად მოიცავს დიდი რაოდენობით ტოქსიკური აირების წარმოქმნას. ამრიგად, ხანძრის დროულ ჩაქრობას შეუძლია ეფექტურად გააკონტროლოს ხანძრის გავრცელება, თავიდან აიცილოს ფართო დამწვრობა და მეტი დრო დაუთმოს პერსონალს გაქცევისთვის.

ლითიუმ-იონური ბატარეების თერმული გაქცევის პროცესში ხშირად ხდება კვამლი, ხანძარი და აფეთქებაც კი. აქედან გამომდინარე, თერმული გაქცევისა და დიფუზიის პრობლემის კონტროლი გახდა მთავარი გამოწვევა, რომლის წინაშეც დგას ლითიუმის ბატარეის პროდუქტები გამოყენების პროცესში. ხანძრის ჩაქრობის სწორი ტექნოლოგიის არჩევამ შეიძლება თავიდან აიცილოს ბატარეის თერმული გაქცევის შემდგომი გავრცელება, რაც დიდი მნიშვნელობა აქვს ხანძრის ჩახშობას.

ეს სტატია გაგაცნობთ ძირითად ხანძარსაწინააღმდეგო საშუალებებს და ჩაქრობის მექანიზმებს, რომლებიც ამჟამად ხელმისაწვდომია ბაზარზე, და გავაანალიზებთ სხვადასხვა ტიპის ცეცხლმაქრების უპირატესობებსა და ნაკლოვანებებს.

ცეცხლმაქრების სახეები

ამჟამად ბაზარზე არსებული ცეცხლმაქრები ძირითადად იყოფა გაზის ცეცხლმაქრებად, წყალზე დაფუძნებულ ცეცხლმაქრებად, აეროზოლურ ცეცხლმაქრებად და მშრალი ფხვნილის ცეცხლმაქრებად. ქვემოთ მოცემულია თითოეული ტიპის ცეცხლმაქრის კოდებისა და მახასიათებლების შესავალი.

პერფტორჰექსანიპერფტორჰექსანი ჩამოთვლილია OECD-ისა და აშშ-ს EPA-ს PFAS ინვენტარში. ამიტომ, პერფტორჰექსანის, როგორც ხანძარსაწინააღმდეგო აგენტის გამოყენება უნდა შეესაბამებოდეს ადგილობრივ კანონებსა და რეგულაციებს და დაუკავშირდეს გარემოსდაცვით მარეგულირებელ სააგენტოებს. ვინაიდან თერმული დაშლის დროს პერფტორჰექსანის პროდუქტები სათბურის აირებია, ის არ არის შესაფერისი ხანგრძლივი, დიდი დოზით, უწყვეტი შესხურებისთვის. რეკომენდებულია მისი გამოყენება წყლის შესხურების სისტემასთან ერთად.

ტრიფტორმეთანი:ტრიფტორმეთანის აგენტები იწარმოება მხოლოდ რამდენიმე მწარმოებლის მიერ და არ არსებობს კონკრეტული ეროვნული სტანდარტები, რომლებიც არეგულირებს ამ ტიპის ხანძარსაწინააღმდეგო აგენტს. მოვლის ღირებულება მაღალია, ამიტომ მისი გამოყენება არ არის რეკომენდებული.

ჰექსაფტორპროპანი:ეს ჩაქრობის აგენტი მიდრეკილია მოწყობილობის ან მოწყობილობის დაზიანებისკენ გამოყენებისას და მისი გლობალური დათბობის პოტენციალი (GWP) შედარებით მაღალია. აქედან გამომდინარე, ჰექსაფტორპროპანის გამოყენება შესაძლებელია მხოლოდ ხანძრის ჩაქრობის გარდამავალ აგენტად.

ჰეპტაფტორპროპანი:სათბურის ეფექტის გამო იგი ეტაპობრივად იზღუდება სხვადასხვა ქვეყნების მიერ და ემუქრება აღმოფხვრა. ამჟამად, ჰეპტაფტორპროპანის აგენტები შეწყვეტილია, რაც გამოიწვევს პრობლემებს არსებული ჰეპტაფტორპროპანის სისტემების შევსებისას შენარჩუნების დროს. ამიტომ მისი გამოყენება არ არის რეკომენდებული.

ინერტული გაზი:IG 01, IG 100, IG 55, IG 541 ჩათვლით, რომელთა შორის IG 541 უფრო ფართოდ გამოიყენება და საერთაშორისოდ აღიარებულია, როგორც მწვანე და ეკოლოგიურად სუფთა ხანძარსაწინააღმდეგო საშუალება. თუმცა, მას აქვს ნაკლოვანებები: მაღალი სამშენებლო ღირებულება, მაღალი მოთხოვნა გაზის ბალონებზე და დიდი სივრცის დაკავება.

წყალზე დაფუძნებული აგენტი:წვრილი წყლის ნისლის ცეცხლმაქრები ფართოდ გამოიყენება და მათ აქვთ საუკეთესო გამაგრილებელი ეფექტი. ეს ძირითადად იმიტომ ხდება, რომ წყალს აქვს დიდი სპეციფიკური სითბოს ტევადობა, რომელსაც შეუძლია სწრაფად შთანთქას დიდი რაოდენობით სითბო, გაგრილდეს ბატარეის შიგნით არარეაგირებულ აქტიურ ნივთიერებებს და ამით აფერხებს ტემპერატურის შემდგომ მატებას. თუმცა, წყალი მნიშვნელოვან ზიანს აყენებს ბატარეებს და არ არის საიზოლაციო, რაც იწვევს ბატარეის მოკლე ჩართვას.

აეროზოლი:გარემოსდაცვითი კეთილგანწყობის, არატოქსიკურობის, დაბალი ღირებულებისა და მარტივი მოვლის გამო, აეროზოლი გახდა ხანძრის ჩაქრობის ძირითადი საშუალება. თუმცა, შერჩეული აეროზოლი უნდა შეესაბამებოდეს გაეროს რეგულაციებს და ადგილობრივ კანონებსა და რეგულაციებს და საჭიროა ადგილობრივი ეროვნული პროდუქტის სერტიფიცირება. თუმცა, აეროზოლებს არ გააჩნიათ გაგრილების შესაძლებლობები და მათი გამოყენებისას ბატარეის ტემპერატურა შედარებით მაღალი რჩება. მას შემდეგ, რაც ხანძარსაწინააღმდეგო აგენტი შეწყვეტს გათავისუფლებას, ბატარეა მიდრეკილია ხელახლა აალებისკენ.

ცეცხლმაქრების ეფექტურობა

ჩინეთის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტის ხანძარსაწინააღმდეგო მეცნიერების სახელმწიფო საკვანძო ლაბორატორიამ ჩაატარა კვლევა, რომელიც ადარებდა ABC მშრალი ფხვნილის, ჰეპტაფტორპროპანის, წყლის, პერფტორჰექსანის და CO2 ხანძარსაწინააღმდეგო ეფექტებს 38A ლითიუმ-იონურ ბატარეაზე.

ხანძრის ჩაქრობის პროცესის შედარება

ABC მშრალ ფხვნილს, ჰეპტაფტორპროპანს, წყალს და პერფტორჰექსანს შეუძლია სწრაფად ჩააქრო ბატარეის ხანძარი ხელახალი აალების გარეშე. თუმცა, CO2 ცეცხლმაქრებს არ შეუძლიათ ეფექტურად ჩააქროთ ბატარეის ხანძარი და შეიძლება გამოიწვიოს ხელახალი ანთება.

ხანძრის ჩაქრობის შედეგების შედარება

თერმული გაქცევის შემდეგ, ლითიუმის ბატარეების ქცევა ხანძარსაწინააღმდეგო საშუალებების მოქმედებით შეიძლება უხეშად დაიყოს სამ ეტაპად: გაგრილების ეტაპი, ტემპერატურის სწრაფი აწევის ეტაპი და ნელი ტემპერატურის კლების ეტაპი.

პირველი ეტაპიარის გაგრილების ეტაპი, სადაც ცეცხლმაქრის გამოშვების შემდეგ ბატარეის ზედაპირის ტემპერატურა იკლებს. ეს ძირითადად ორი მიზეზის გამოა:

• ბატარეის ვენტილაცია: ლითიუმ-იონური ბატარეების თერმული გაქცევის წინ ბატარეის შიგნით დიდი რაოდენობით ალკანები და CO2 გაზი გროვდება. როდესაც ბატარეა მიაღწევს წნევის ლიმიტს, უსაფრთხოების სარქველი იხსნება და გამოიყოფა მაღალი წნევის გაზი. ეს გაზი ახორციელებს აქტიურ ნივთიერებებს ბატარეის შიგნით და ასევე უზრუნველყოფს ბატარეის გაგრილების ეფექტს.
• ცეცხლმაქრის ეფექტი: ცეცხლმაქრის გამაგრილებელი ეფექტი ძირითადად ორი ნაწილისგან მოდის: სითბოს შთანთქმა ფაზის ცვლილების დროს და ქიმიური იზოლაციის ეფექტი. ფაზის შეცვლის სითბოს შთანთქმა პირდაპირ შლის ბატარეის მიერ გამომუშავებულ სითბოს, ხოლო ქიმიური იზოლაციის ეფექტი ირიბად ამცირებს სითბოს გამომუშავებას ქიმიური რეაქციების შეწყვეტით. წყალს აქვს ყველაზე მნიშვნელოვანი გამაგრილებელი ეფექტი მისი მაღალი სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის გამო, რაც საშუალებას აძლევს მას სწრაფად აითვისოს დიდი რაოდენობით სითბო. პერფტორჰექსანი მოჰყვება, ხოლო HFC-227ea, CO2 და ABC მშრალი ფხვნილი არ აჩვენებენ მნიშვნელოვან გამაგრილებელ ეფექტს, რაც დაკავშირებულია ცეცხლმაქრების ბუნებასა და მექანიზმთან.

მეორე ეტაპი არის ტემპერატურის სწრაფი აწევის ეტაპი, სადაც ბატარეის ტემპერატურა სწრაფად იზრდება მისი მინიმალური მნიშვნელობიდან პიკამდე. ვინაიდან ხანძარსაწინააღმდეგო საშუალებებს არ შეუძლიათ მთლიანად შეაჩერონ დაშლის რეაქცია ბატარეის შიგნით და ცეცხლმაქრების უმეტესობას აქვს ცუდი გაგრილების ეფექტი, ბატარეის ტემპერატურა აჩვენებს თითქმის ვერტიკალურ აღმავალ ტენდენციას სხვადასხვა ცეცხლმაქრებისთვის. მოკლე დროში ბატარეის ტემპერატურა პიკამდე იზრდება.

ამ ეტაპზე მნიშვნელოვანი განსხვავებაა სხვადასხვა ცეცხლმაქრების ეფექტურობაში ბატარეის ტემპერატურის აწევის დათრგუნვაში. ეფექტურობა კლებადობით არის წყალი > პერფტორჰექსანი > HFC-227ea > ABC მშრალი ფხვნილი > CO2. როდესაც ბატარეის ტემპერატურა ნელა მატულობს, ის უზრუნველყოფს უფრო მეტ რეაგირების დროს ბატარეის გაფრთხილებას და რეაქციის მეტ დროს ოპერატორებს.

დასკვნა

1. CO2: ხანძარსაწინააღმდეგო საშუალებები, როგორიცაა CO2, რომლებიც ძირითადად მოქმედებენ დახრჩობით და იზოლაციით, აქვთ ცუდი ინჰიბიტორული ეფექტი ბატარეის ხანძრის დროს. ამ კვლევაში, მძიმე აალების ფენომენი მოხდა CO2-თან, რაც მას უვარგისს აქცევს ლითიუმის ბატარეის ხანძრისთვის.
2. ABC მშრალი ფხვნილი / HFC-227ea: ABC მშრალი ფხვნილი და HFC-227ea ცეცხლმაქრები, რომლებიც ძირითადად მოქმედებენ იზოლაციისა და ქიმიური ჩახშობის გზით, შეუძლიათ ნაწილობრივ დათრგუნონ ჯაჭვური რეაქციები ბატარეის შიგნით. მათ აქვთ ოდნავ უკეთესი ეფექტი, ვიდრე CO2, მაგრამ რადგან მათ არ აქვთ გაგრილების ეფექტი და არ შეუძლიათ მთლიანად დაბლოკონ შიდა რეაქციები ბატარეაში, ბატარეის ტემპერატურა კვლავ სწრაფად იზრდება ცეცხლმაქრის გამოშვების შემდეგ.
3. პერფტორჰექსანი: პერფტორჰექსანი არა მხოლოდ ბლოკავს ბატარეის შიდა რეაქციებს, არამედ შთანთქავს სითბოს აორთქლების გზით. ამიტომ, მისი დამთრგუნველი ეფექტი ბატარეის ხანძარზე მნიშვნელოვნად უკეთესია, ვიდრე სხვა ცეცხლმაქრები.
4. წყალი: ყველა ხანძარსაწინააღმდეგო საშუალებებს შორის წყალს აქვს ყველაზე აშკარა ხანძრის ჩაქრობის ეფექტი. ეს ძირითადად იმის გამო ხდება, რომ წყალს აქვს დიდი სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე, რაც საშუალებას აძლევს მას სწრაფად აითვისოს დიდი რაოდენობით სითბო. ეს აგრილებს ბატარეის შიგნით არარეაგირებულ აქტიურ ნივთიერებებს, რითაც აფერხებს ტემპერატურის შემდგომ მატებას. თუმცა წყალი მნიშვნელოვან ზიანს აყენებს ბატარეებს და არ გააჩნია საიზოლაციო ეფექტი, ამიტომ მისი გამოყენება უკიდურესად ფრთხილად უნდა იყოს.

რა უნდა ავირჩიოთ?

ჩვენ გამოვიკვლიეთ ხანძარსაწინააღმდეგო სისტემები, რომლებიც გამოიყენება ენერგიის შენახვის სისტემების რამდენიმე მწარმოებლის მიერ, რომლებიც ამჟამად ბაზარზეა, ძირითადად იყენებენ შემდეგ ხანძარსაწინააღმდეგო გადაწყვეტილებებს:

• პერფტორჰექსანი + წყალი
• აეროზოლი + წყალი

ჩანს რომსინერგიული ხანძარსაწინააღმდეგო საშუალებები არის ძირითადი ტენდენცია ლითიუმის ბატარეების მწარმოებლებისთვის. მაგალითად, პერფტორჰექსანი + წყალი, პერფტორჰექსანს შეუძლია სწრაფად ჩააქროს ღია ცეცხლი, რაც ხელს უწყობს წყლის წვრილი ნისლის კონტაქტს ბატარეასთან, ხოლო წვრილ წყლის ნისლს შეუძლია მისი ეფექტურად გაგრილება. კოოპერატიულ ოპერაციას აქვს უკეთესი ხანძარსაწინააღმდეგო და გამაგრილებელი ეფექტი ერთი ხანძარსაწინააღმდეგო აგენტის გამოყენებასთან შედარებით. ამჟამად, ევროკავშირის ახალი ბატარეის რეგულაცია მოითხოვს, რომ ბატარეის მომავალი ეტიკეტები შეიცავდეს ხანძარსაწინააღმდეგო საშუალებებს. მწარმოებლებმა ასევე უნდა აირჩიონ შესაბამისი ხანძარსაწინააღმდეგო საშუალება მათი პროდუქტების, ადგილობრივი რეგულაციებისა და ეფექტურობის მიხედვით.