Lityum İyon Batarya Yangınlarından Toksik Florür Gazı Emisyonları

Özet

Çalışma, yanan Li-ion bataryaların ne kadar toksik florür gazı saldığını ve su sisinin bunu değiştirip değiştirmediğini soruyor. Yedi tip ticari hücre ve paket (LCO, LFP, NCA/LATP ve bir dizüstü bilgisayar paketi), RISE'ta Single Burning Item davlumbazı altında, birkaç şarj durumunda propan brülörü üzerinde yakıldı. Isı salımı ve florür gazları ölçüldü; HF hem FTIR hem gaz yıkama şişeleriyle çapraz doğrulandı. Toplam 39 yangın testi 16 kW'lık propan brülörüyle yapıldı; HRR 38 testte, FTIR 35'inde ve gaz yıkama şişeleri 19'unda ölçüldü.

Yanan Li-ion bataryalar nominal enerji kapasitesine göre 20 ile 200 mg/Wh HF saldı; sonuç iki bağımsız yöntemle doğrulandı. Bu, 100 kWh'lik bir batarya sistemi için 2-20 kg HF, 1000 kWh'lik bir sistem (ör. küçük sabit depolama tesisi) için 20-200 kg HF demek. Karşılaştırma için HF için IDLH seviyesi 0,025 g/m³ (30 ppm) ve 10 dakikalık öldürücü AEGL-3 0,0139 g/m³ (170 ppm). POF3 15-22 mg/Wh ölçüldü ama yalnızca bir hücre tipi (tip A) için ve %0 SOC'de. %100 SOC'de tip B LFP kese hücrelerle dört tekrar testi, FTIR ile ölçülen ortalama HF salımını 166,8 mg/Wh (standart sapma 11,5 mg/Wh) verdi.

Su sisi (851 g su uygulandı) tepe HF üretim hızını %35 artırdı ama toplam salınan HF üzerinde anlamlı etkisi olmadı; sis yangını geciktirdi ve HF üretim hızını kısa süre artırdı. Yazarlar büyük batarya tesisleri için, özellikle kapalı alanlarda, risk değerlendirmelerinde yalnızca ısının değil toksik gazın da dikkate alınması gerektiğini savunuyor.

Sınırlar: ölçümler küçük ölçekli yangın testlerinden (hücre ve paket) geliyor ve büyük sistemlere doğrusal ekstrapolasyonla çıkarılıyor; POF3 yalnızca tek hücre tipinde ve %0 SOC'de ölçülmüş; su sisi testi sınırlı su miktarıyla yapıldı.

Öne çıkan noktalar

1. Yanan Li-ion bataryalar nominal enerji kapasitesine göre 20 ile 200 mg/Wh HF saldı; iki bağımsız ölçüm yöntemiyle doğrulandı.
2. Ekstrapolasyonla 100 kWh'lik bir batarya sistemi için 2-20 kg, 1000 kWh'lik bir sistem için 20-200 kg HF.
3. Karşılaştırma: HF için IDLH seviyesi 0,025 g/m³ (30 ppm), 10 dakikalık öldürücü AEGL-3 0,0139 g/m³ (170 ppm).
4. POF3 15-22 mg/Wh ölçüldü, ancak yalnızca bir hücre tipi (tip A) için ve %0 SOC'de.
5. Su sisi (851 g su) tepe HF üretim hızını %35 artırdı ama toplam salınan HF üzerinde anlamlı etkisi olmadı.
6. %100 SOC'de tip B LFP kese hücrelerle dört tekrar testi ortalama FTIR HF salımı 166,8 mg/Wh (standart sapma 11,5 mg/Wh) verdi.
7. Toplam 39 yangın testi 16 kW propan brülörüyle yapıldı; HRR 38 testte, FTIR 35'inde, gaz yıkama şişeleri 19'unda ölçüldü.

Tasarımda kullanımı

• Kapalı batarya odası ve BESS risk değerlendirmesine HF toksisitesini ekleyin: depolanan enerji başına 20-200 mg/Wh ile oda hacminde IDLH (0,025 g/m³) ve 10 dakika AEGL-3 değerlerini karşılaştırın.
• Su sisinin toplam HF'yi azaltmadığını, yalnızca yangını geciktirip tepe üretim hızını artırdığını bilerek söndürme sistemini HF azaltma aracı olarak gerekçelendirmeyin; tahliye ve havalandırma kontrolleri ekleyin.
• Olasılıksal modellerde HF verimi girdisini bu çalışmanın mg/Wh aralığıyla doğrulayın.

Kimler okumalı

Kapalı mekanda Li-ion batarya kurulumları için yangın ve toksik gaz risk değerlendirmesi yapan mühendisler.

Belgenin bölümleri

1. Giriş
2. Sonuçlar (yangın testleri, ısı salımı, florür gazı emisyonları, tekrarlanabilirlik, su sisi ölçümleri)
3. Sonuçlar ve çıkarımlar
4. Yöntemler (bataryalar, yangın testleri, HF ölçümü, su sisi testi)

İlgili standartlar

• NFPA 855
• UL 9540A
• IEC 62619

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Fredrik Larsson; Petra Andersson; Per Blomqvist; Bengt-Erik Mellander

Yayıncı

Scientific Reports (Springer Science and Business Media LLC)

Yıl

2017

Cilt

7

Sayı

1

Sayfalar

10018

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.1038/s41598-017-09784-z

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.nature.com

Künye