中國儲能網訊：隨著全球對可再生能源的依賴日益加深，儲能系統(tǒng)作為穩(wěn)定電力供應的關鍵環(huán)節(jié)，其安全性和可靠性也受到了前所未有的關注。儲能電池，特別是鋰離子電池，憑借其高能量密度和長循環(huán)壽命，在眾多應用中脫穎而出，然而，鋰電池的大規(guī)模應用也帶來了新的安全挑戰(zhàn)，尤其是火災風險，本文將深入探討儲能電池火災的成因、特點，并詳細介紹適用于此類火災的有效滅火劑及其應用策略，旨在為行業(yè)提供參考。
1 電池火災成因
電池火災是氧化劑、可燃物和點火源綜合作用的結果。因此，電池熱失控機理可以簡化為“熱失控三角形”。燃燒過程可以隨著“熱失控三角形”中任何要素的破壞而終止。因此，對“熱失控三角形”的深刻理解可以指導我們有效撲滅電池火災。
在熱濫用、電濫用或機械濫用等情況下，鈉離子電池內部可能出現異常溫升，電池內部材料經歷一系列放熱反應，進一步提高了電池的溫度和反應速率，并最終觸發(fā)熱失控。電池熱失控過程中的可燃物種類復雜多樣，包括石墨負極（可燃固體材料）、電解液溶劑（可燃液體）、氫氣及烴類氣體（可燃氣體）和金屬（可燃金屬）等。而且可燃材料的組分在熱失控過程中不斷變化。此外，電池熱失控演變不全部依賴于環(huán)境氧氣供給，正極材料高溫分解也可釋放所需氧氣。因此，電池火災是一種復雜多變的火災情形。
2 電池火災特點
與傳統(tǒng)火災相比，電池熱失控火災有其自身的獨特性，總結如下：
（1）溫升速率高。電池在濫用條件下會自發(fā)地發(fā)生放熱反應。觸發(fā)熱失控后，電池內部放熱反應劇烈，短時間內產生大量熱量，使電池溫度急劇升高。熱失控過程中電池的最大溫升速率甚至超過100 ℃/s，表面溫度超過1000℃。如此高的溫度遠超電池模塊內外其他可燃材料燃點，易導致更大的火災事故；
（2）伴隨劇烈射流火，且熱釋放速率高。隨著溫度的攀升，電池內部化學反應加劇并釋放大量的氣體，氣體在電池內部不斷積聚，導致內壓逐漸增大。當達到某一閾值時，電池安全閥破裂并噴出大量可燃氣體、電解液及材料顆粒，產生劇烈的射流火，火焰高度甚至可以達到1~2 m。
（3）火災蔓延速度快。當電池模組中某一電池失效而觸發(fā)熱失控時，緊密排列布置可以將熱量迅速傳遞到鄰近電池，造成電池模組內發(fā)生熱失控傳播，引發(fā)災難性后果。
（4）滅火難度大，火災易復燃。熱失控過程中，大部分放熱反應均發(fā)生在電池內部。而由于外殼的阻礙，滅火劑很難進入電池內部阻斷熱失控鏈式反應。因此，滅火過程中，電池內部仍持續(xù)產生熱量，導致火災難以撲滅。即使成功撲滅火災，若無法徹底降低電池溫度，消除熱源，依然難以抑制內部化學反應。此時，點火源、可燃物及氧化劑三要素均未消除，滅火劑釋放結束后電池火災容易復燃。
（5）火災具有爆炸風險。熱失控過程產生大量氣體，包括CO、CO2、CH4、C2H4、H2和電解液蒸汽等。
（6）熱失控氣體具有毒害性。電池火災中產生的氣體除具有可燃易爆性之外，還具有一定毒害性，是造成人員傷亡的主要原因之一。CO是火災中最具毒性的氣體之一，可與氧氣競爭血液中的血紅蛋白，降低血紅蛋白的供氧能力，造成人體組織缺氧受損。
3 滅火策略
滅火劑的主要作用是消除“火三角”中一個或兩個因素，從而達到抑制火災發(fā)生、控制火災蔓延的目的。滅火機理主要分為隔離、窒息、冷卻和化學抑制。目前，用于抑制電池火災的常用滅火劑可分為氣體滅火劑（二氧化碳、七氟丙烷、全氟己酮、液氮等）、固體滅火劑（干粉及氣溶膠滅火劑等）和液體滅火劑（水噴淋、細水霧、泡沫等）。
氣體滅火劑因其不導電、無腐蝕、無殘留和流動速度快的優(yōu)勢而廣泛應用于精密儀器和電氣火災。同時，氣體滅火劑在密閉空間內可發(fā)揮更好的滅火效果。其中，二氧化碳（CO2）等惰性氣體的滅火機理主要為窒息作用。因為CO2難以降低電池溫度，所以CO2滅火冷卻作用有限，難以徹底撲滅電池火災。液氮對電池火災具有較好的冷卻和滅火效果，表現出較好的應用前景。作為具有優(yōu)異滅火性能的哈龍?zhí)娲罚叻楹腿和粡V泛應用于撲滅電池火災，其滅火機理主要包括窒息、冷卻和化學抑制。二者氣化和分解均可以吸收周圍熱量，降低火區(qū)溫度，稀釋氧氣濃度。同時，它們在高溫下分解產生的氟化物質如CF3和CF2等可以捕獲游離自由基，中斷燃燒鏈式反應。但是該過程中會產生HF，當濃度較高時，會對人身健康和設備造成損害。
固體滅火劑如干粉和氣溶膠等具有滅火效率高、儲存方便、成本低等優(yōu)點。干粉是通過干燥、粉碎和混合具有滅火效率的無機鹽而形成的固體粉末。ABC干粉的主要成分是磷酸銨，可以隔離、窒息、冷卻和化學抑制來熄滅火焰。干粉釋放進火焰區(qū)后，在高溫下的分解產物可以捕獲H·、HO·自由基，中斷燃燒連鎖反應。同時，干粉的分解將吸收熱量并產生氨和水蒸汽，稀釋火焰區(qū)的氧濃度。此外，干粉落在高溫可燃物的表面，熔化形成玻璃覆蓋層，隔離氧氣并使可燃物窒息。但是ABC干粉但冷卻能力有限，釋放結束后，電池溫度仍較高，可能導致復燃發(fā)生。
對于液態(tài)滅火劑，直接使用大量水噴淋可以有效帶走熱量，防止熱失控擴散到相鄰電池單元，但可能會因為電池破損后與電解液接觸產生氫氣導致二次爆炸風險或電氣短路問題。細水霧則以較小的水滴尺寸提高了水分蒸發(fā)效率，能夠更高效地冷卻且減少用水量，同時降低上述風險。泡沫滅火劑不僅能提供良好的隔熱效果，還能覆蓋燃燒物質表面，隔絕氧氣，抑制火焰復燃，尤其適合應對流淌火或地面溢出的可燃電解質液體。然而，針對不同類型的電池火災，選擇合適的滅火方式和滅火劑至關重要，以確保安全有效地撲滅火災。
4 儲能電池火災不僅威脅設施安全，也對環(huán)境和人員健康構成嚴重挑戰(zhàn)。了解其成因、掌握火災特點，并選擇合適的滅火劑與策略，是預防和應對火災的關鍵。通過采用先進的滅火技術并結合完善的日常維護和管理，可以有效降低火災風險，保障儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
