Hoe meer je weet over thermische runaway, hoe beter voorbereid je bent om te voorkomen dat dit ooit op jouw site, bij jouw activiteiten gebeurt.
Lithium-ion batterijbranden verrassen iedereen. E-bike schuren, bouwplaatsen, dokken en zelfs commerciële vluchten zijn slechts enkele van de locaties die onlangs te maken hebben gehad met lithium-ion (Li-ion) branden.
Dit zijn geen gewone branden. Ze branden heet, verspreiden zich snel en zijn ongelooflijk moeilijk te blussen. In sommige gevallen zijn de temperaturen zo hoog dat de branden daadwerkelijk opnieuw zijn ontstoken nadat ze waren gedoofd. (Meer hierover hieronder.)
Op het eerste gezicht kunnen ze worden toegeschreven aan een fenomeen dat thermische runaway wordt genoemd, maar het gebrek aan bewustzijn over wat dit eigenlijk betekent, is de echte boosdoener.
We hopen dat dit artikel al je vragen beantwoordt over thermische runaway en Li-ion branden, zodat je je batterijen veilig en verantwoord kunt gebruiken om je activiteiten van stroom te voorzien.
Wat is thermische runaway?
De meeste branden, branden vanzelf uit. Stel je nu eens voor dat er een brand is die dat niet doet. In plaats daarvan blijft hij alleen maar heter worden, waarbij de energie die vrijkomt de temperatuur verhoogt, wat op zijn beurt weer meer energie vrijgeeft...
Dit is het principe achter thermische runaway: temperatuurstijgingen geven meer energie vrij, wat de temperatuur verder verhoogt, enzovoort, totdat wat je ook bekijkt zeer heet en ongelooflijk gevaarlijk is.
"Lithium-ion batterijbranden zijn vaak zelfonderhoudend en blijven branden zonder toegang tot extra zuurstof. Dit maakt brandbestrijdingssystemen die afhankelijk zijn van zuurstofvermindering minder effectief. Ze kunnen ook na het doven van de brand hoge hoeveelheden warmte blijven genereren en lopen risico op herontsteking." BOAT International, 'Spate of fires results in new yacht toy and tender guidelines'
Thermische runaway kan worden waargenomen in alle wetenschappelijke disciplines, van scheikunde en elektrische techniek tot theorieën die de opwarming van het milieu onderbouwen. We zijn vooral geïnteresseerd in dit fenomeen wanneer het zich voordoet in Li-ion batterijen, waarbij begrip van de oorzaken van thermische runaway en hoe deze te vermijden ons helpt om onze operaties en onze mensen veilig te houden.
Oorzaken van thermische runaway
Thermische runaway is een gevaarlijk fenomeen waarbij een systeem, zoals een lithium-ion batterij, een zelfonderhoudende temperatuurstijging ervaart door een kettingreactie van gebeurtenissen. De warmte die wordt gegenereerd door chemische reacties binnenin de batterij veroorzaakt nog meer warmte, wat leidt tot een voortdurende stijging van de temperatuur. Dit kan resulteren in het ventileren van de batterij en het vrijkomen van giftige brandbare gassen, of zelfs exploderen of in brand vliegen.
Oorzaken van thermische runaway zijn onder andere:
- Overladen van een batterij voorbij zijn veilige maximale spanning
- Meerdere ontladingen gevolgd door een oplaadbeurt
- Snel opladen dat kan leiden tot overmatige stromen
- Interne of externe kortsluiting
- Hoge- en lage temperatuur omgevingen
- Hoog vochtgehalte
- Fysieke schade aan de batterij door verplettering of doorboring
- Fabricagefouten
Kijkend naar het grotere plaatje, Li-ion branden nemen toe omdat de technologie zelf alledaags wordt. Zoals BOAT International rapporteerde: "een aantal instanties heeft gewezen op defecte of inadequaat opgeslagen lithium-ion batterijen als een vermoedelijke oorzaak" van een reeks jachtbranden afgelopen zomer. IFSEC Insider bevestigt dit in zijn recente artikel over brandveiligheid in de bouwsector.
Naarmate meer industrieën zoals die van hen beter gebruik maken van elektrische voertuigen, op afstand bestuurbare technologie en andere handheld apparaten om hun operaties van stroom te voorzien, duiken Li-ion batterijen overal op, vaak zonder rekening te houden met de veiligheidsrisico's die ermee gepaard gaan.
"Ondanks oproepen voor grotere professionele competentie en betere beschikbare technologie, nemen brandgevaren alleen maar toe met de opkomst van nieuwe bouwmaterialen, hete werkzaamheden en de aanwezigheid van lithium-ion batterijen." IFSEC Insider, Hot spots: brandgevaren vermenigvuldigen zich om bouwplaatsen te bedreigen
Begrijpen van lithium-ion thermal runaway temperaturen
De toename van lithium-ion branden wordt toegeschreven aan de toenemende prevalentie van Li-ion batterijen in verschillende industrieën zonder adequaat rekening te houden met veiligheidsrisico's. Li-ion batterijen worden als relatief veilig beschouwd tot 60 graden Celsius (140 graden Fahrenheit), maar temperaturen die deze drempel overschrijden kunnen de batterij instabiel maken, wat kan leiden tot thermische runaway.
Bij thermische runaway kan een lithium-ion batterij vlam vatten bij temperaturen rond de 500 graden Celsius (932 graden Fahrenheit) en kan oplopen tot 1110 graden Celsius. Het meest zorgwekkend is dat lithium-ion batterijbranden vatbaar zijn voor herontsteking, omdat de lithiumzouten in de batterij zelf-oxiderend zijn, wat betekent dat ze niet kunnen worden "uitgehongerd" zoals bij een traditionele brand.
Thermal runaway voorkomen
Hier zijn enkele stappen die je kunt nemen om de kans op thermische runaway te verkleinen:
- Het is belangrijk om hoogwaardige Li-ion batterijen te gebruiken met ingebouwde veiligheidsvoorzieningen, zoals bescherming tegen overladen en te diep ontladen. Een batterij van hoge kwaliteit is betrouwbaar en zet je vanaf dag één op de goede weg.
- Vermijd blootstelling van de batterij aan hoge temperaturen, omdat dit kan leiden tot verslechtering ervan.
- Laat je batterijen niet onbeheerd opgeladen achter, want dit vergroot de kans op overladen (en oververhitting) aanzienlijk.
- Door Li-ion batterijen op de juiste manier op te slaan en te hanteren, kun je thermische runaway voorkomen en zorgen voor veilige en efficiënte werking.
Hoe blus je een brand veroorzaakt door thermische runaway?
Voor het effectief blussen van een brand veroorzaakt door thermische runaway is gespecialiseerd materiaal vereist. Traditionele methoden, zoals water, zijn minder effectief omdat thermische runaway voortdurend meer energie blijft vrijgeven en de temperatuur opnieuw verhoogt.
Als je hebt geïnvesteerd in gespecialiseerde opslagoplossingen die geschikt zijn voor jouw type batterijen, kunnen deze systemen specifieke blussystemen en systemen voor het afvoeren van gevaarlijke gassen bevatten om de lucht te zuiveren. Samen helpen deze systemen de brand onder controle te houden, terwijl de integriteit van de opslagoplossing zou moeten helpen om het te bevatten.
Zijn lithium-ion batterijen veilig?
Hoewel Li-ion batterijen over het algemeen als veilig worden beschouwd voor gebruik, benadrukt de recente toename van gemelde Li-ion branden de noodzaak voor betere educatie en training over de risico's die ermee gepaard gaan.
Deze branden kunnen catastrofale schade veroorzaken als ze niet worden gecontroleerd, dus laat thermische runaway je niet verrassen. Volg de aanbevolen stappen, zoals investeren in adequaat opslagmateriaal en het naleven van de beste praktijken, en zorg ervoor dat je team hetzelfde doet.
