La sécurité des batteries au lithium a toujours été une préoccupation dans l'industrie. En raison de leur structure matérielle particulière et de leur environnement d'exploitation complexe, une fois qu'un incendie se produit, il entraînera des dommages matériels, des pertes de biens et même des victimes. Après un incendie de batterie au lithium, l’élimination est difficile, prend beaucoup de temps et implique souvent la génération d’une grande quantité de gaz toxiques. Par conséquent, une extinction rapide des incendies peut contrôler efficacement la propagation de l'incendie, éviter des incendies importants et donner plus de temps au personnel pour s'échapper.

Pendant le processus d’emballement thermique des batteries lithium-ion, de la fumée, un incendie et même une explosion se produisent souvent. Par conséquent, contrôler le problème de l’emballement thermique et de la diffusion est devenu le principal défi auquel sont confrontés les produits de batteries au lithium en cours d’utilisation. Choisir la bonne technologie d'extinction d'incendie peut empêcher la propagation de l'emballement thermique de la batterie, ce qui est d'une grande importance pour la suppression des incendies.

Cet article présentera les principaux extincteurs et mécanismes d'extinction actuellement disponibles sur le marché, et analysera les avantages et les inconvénients des différents types d'extincteurs.

Types d'extincteurs

Actuellement, les extincteurs sur le marché sont principalement divisés en extincteurs à gaz, extincteurs à base d'eau, extincteurs à aérosol et extincteurs à poudre sèche. Vous trouverez ci-dessous une introduction aux codes et caractéristiques de chaque type d'extincteur..

Perfluorohexane: Le perfluorohexane a été répertorié dans l'inventaire PFAS de l'OCDE et de l'US EPA. Par conséquent, l'utilisation du perfluorohexane comme agent extincteur doit être conforme aux lois et réglementations locales et communiquer avec les agences de réglementation environnementale. Étant donné que les produits du perfluorohexane lors de la décomposition thermique sont des gaz à effet de serre, il ne convient pas à une pulvérisation continue à long terme, à fortes doses. Il est recommandé de l'utiliser en combinaison avec un système de pulvérisation d'eau.

Trifluorométhane :Les agents trifluorométhanes ne sont produits que par quelques fabricants et il n’existe pas de normes nationales spécifiques réglementant ce type d’agent extincteur. Le coût de maintenance est élevé, son utilisation n'est donc pas recommandée.

Hexafluoropropane :Cet agent extincteur est susceptible d'endommager les appareils ou les équipements lors de son utilisation, et son potentiel de réchauffement global (PRG) est relativement élevé. Par conséquent, l’hexafluoropropane ne peut être utilisé que comme agent extincteur transitoire.

Heptafluoropropane :En raison de l’effet de serre, son utilisation est progressivement restreinte par différents pays et sera bientôt éliminée. Actuellement, les agents heptafluoropropane ont été abandonnés, ce qui entraînera des problèmes de remplissage des systèmes heptafluoropropane existants pendant la maintenance. Son utilisation n’est donc pas recommandée.

Gaz inerte :Y compris IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, parmi lesquels IG 541 est plus largement utilisé et est internationalement reconnu comme un agent extincteur vert et respectueux de l'environnement. Cependant, il présente les inconvénients d'un coût de construction élevé, d'une forte demande de bouteilles de gaz et d'un grand espace occupé.

Agent à base d'eau :Les extincteurs à brouillard d'eau fin sont largement utilisés et ont le meilleur effet de refroidissement. Cela est principalement dû au fait que l'eau a une grande capacité thermique spécifique, qui peut rapidement absorber une grande quantité de chaleur, refroidissant les substances actives n'ayant pas réagi à l'intérieur de la batterie et empêchant ainsi une augmentation supplémentaire de la température. Cependant, l'eau provoque des dommages importants aux batteries et n'est pas isolante, ce qui entraîne des courts-circuits dans les batteries.

Aérosol:En raison de son respect de l’environnement, de sa non-toxicité, de son faible coût et de sa facilité d’entretien, l’aérosol est devenu l’agent extincteur le plus répandu. Cependant, l'aérosol sélectionné doit être conforme aux réglementations de l'ONU et aux lois et réglementations locales, et une certification nationale locale du produit est requise. Cependant, les aérosols manquent de capacités de refroidissement et lors de leur application, la température de la batterie reste relativement élevée. Une fois que l'agent extincteur cesse de se libérer, la batterie a tendance à se rallumer.

Efficacité des extincteurs

Le Laboratoire clé d'État des sciences du feu de l'Université des sciences et technologies de Chine a mené une étude comparant les effets d'extinction d'incendie de la poudre sèche ABC, de l'heptafluoropropane, de l'eau, du perfluorohexane et des extincteurs au CO2 sur une batterie lithium-ion de 38 A.

Comparaison des processus d'extinction d'incendie

La poudre sèche ABC, l'heptafluoropropane, l'eau et le perfluorohexane peuvent tous éteindre rapidement les incendies de batterie sans se rallumer. Cependant, les extincteurs au CO2 ne peuvent pas éteindre efficacement les incendies de batterie et peuvent provoquer une réapparition.

Comparaison des résultats de suppression des incendies

Après un emballement thermique, le comportement des batteries au lithium sous l'action d'agents extincteurs peut être grossièrement divisé en trois étapes : l'étape de refroidissement, l'étape d'augmentation rapide de la température et l'étape de baisse lente de la température.

La première étapeest l'étape de refroidissement, où la température de la surface de la batterie diminue après le déclenchement de l'extincteur. Cela est principalement dû à deux raisons :

• Ventilation de la batterie : Avant l’emballement thermique des batteries lithium-ion, une grande quantité d’alcanes et de CO2 s’accumule à l’intérieur de la batterie. Lorsque la batterie atteint sa limite de pression, la soupape de sécurité s'ouvre, libérant du gaz à haute pression. Ce gaz transporte les substances actives à l’intérieur de la batterie tout en fournissant également un certain effet de refroidissement à la batterie.
• Effet de l'extincteur : L'effet de refroidissement de l'extincteur provient principalement de deux parties : l'absorption de chaleur pendant le changement de phase et l'effet d'isolation chimique. L'absorption de chaleur par changement de phase élimine directement la chaleur générée par la batterie, tandis que l'effet d'isolation chimique réduit indirectement la génération de chaleur en interrompant les réactions chimiques. L'eau a l'effet de refroidissement le plus important en raison de sa capacité thermique spécifique élevée, lui permettant d'absorber rapidement une grande quantité de chaleur. Le perfluorohexane suit, tandis que le HFC-227ea, le CO2 et la poudre sèche ABC ne présentent pas d'effets de refroidissement significatifs, liés à la nature et au mécanisme des extincteurs.

La deuxième étape Il s'agit de l'étape de montée rapide de la température, au cours de laquelle la température de la batterie augmente rapidement de sa valeur minimale à son maximum. Étant donné que les extincteurs ne peuvent pas arrêter complètement la réaction de décomposition à l'intérieur de la batterie et que la plupart des extincteurs ont de mauvais effets de refroidissement, la température de la batterie présente une tendance à la hausse presque verticale pour différents extincteurs. En peu de temps, la température de la batterie atteint son maximum.

À ce stade, il existe une différence significative dans l’efficacité des différents agents extincteurs pour inhiber l’augmentation de la température de la batterie. L'efficacité par ordre décroissant est eau > perfluorohexane > HFC-227ea > poudre sèche ABC > CO2. Lorsque la température de la batterie augmente lentement, le temps de réponse en cas d'avertissement d'incendie de la batterie est plus long et les opérateurs ont plus de temps de réaction.

Conclusion

1. CO2 : Les agents extincteurs comme le CO2, qui agissent principalement par suffocation et par isolement, ont de faibles effets inhibiteurs sur les incendies de batteries. Dans cette étude, de graves phénomènes de réinflammation se sont produits avec le CO2, le rendant impropre aux incendies de batteries au lithium.
2. Poudre sèche ABC / HFC-227ea : Les extincteurs à poudre sèche ABC et HFC-227ea, qui agissent principalement par isolation et suppression chimique, peuvent dans une certaine mesure inhiber partiellement les réactions en chaîne à l'intérieur de la batterie. Ils ont un effet légèrement meilleur que le CO2, mais comme ils n'ont pas d'effet refroidissant et ne peuvent pas bloquer complètement les réactions internes dans la batterie, la température de la batterie augmente encore rapidement après le déclenchement de l'agent extincteur.
3. Perfluorohexane : Le perfluorohexane bloque non seulement les réactions internes de la batterie, mais absorbe également la chaleur par vaporisation. Par conséquent, son effet inhibiteur sur les incendies de batteries est nettement meilleur que celui des autres agents extincteurs.
4. Eau : Parmi tous les agents extincteurs, l’eau a l’effet extincteur le plus évident. Cela est principalement dû au fait que l’eau a une grande capacité thermique spécifique, ce qui lui permet d’absorber rapidement une grande quantité de chaleur. Cela refroidit les substances actives n'ayant pas réagi à l'intérieur de la batterie, empêchant ainsi toute augmentation supplémentaire de la température. Cependant, l'eau provoque des dommages importants aux batteries et n'a aucun effet isolant, son utilisation doit donc être extrêmement prudente.

Que devrions-nous choisir ?

Nous avons étudié les systèmes de protection incendie utilisés par plusieurs fabricants de systèmes de stockage d'énergie actuellement sur le marché, utilisant principalement les solutions d'extinction d'incendie suivantes :

• Perfluorohexane + Eau
• Aérosol + Eau

On peut voir queagents extincteurs synergiques sont la tendance dominante pour les fabricants de batteries au lithium. En prenant le perfluorohexane + eau comme exemple, le perfluorohexane peut éteindre rapidement les flammes nues, facilitant le contact d'un fin brouillard d'eau avec la batterie, tandis qu'un fin brouillard d'eau peut la refroidir efficacement. Le fonctionnement coopératif a de meilleurs effets d’extinction d’incendie et de refroidissement par rapport à l’utilisation d’un seul agent extincteur. Actuellement, le nouveau règlement européen sur les batteries exige que les futures étiquettes des batteries incluent les agents extincteurs disponibles. Les fabricants doivent également choisir l’agent extincteur approprié en fonction de leurs produits, des réglementations locales et de leur efficacité.