中國儲能網(wǎng)訊：3月23日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合500余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十五屆儲能大會暨展覽會（簡稱“CIES2025”）在杭州國際博覽中心召開。
CIES大會以“綠色、數(shù)智、融合、創(chuàng)新”為主題，針對儲能產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等重點(diǎn)、熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題展開充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機(jī)制、資本市場、國際市場、成本疏導(dǎo)、智能化系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、示范項(xiàng)目應(yīng)用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和規(guī)?；こ虘?yīng)用。
在3月24日下午進(jìn)行的儲能消防、安全與檢測認(rèn)證專場中，中國礦業(yè)大學(xué)教授朱國慶做了題為《新能源火災(zāi)防控關(guān)鍵技術(shù)及裝備研發(fā)》的主題報(bào)告演講。
以下內(nèi)容根據(jù)大會發(fā)言整理提煉，僅供參考。
各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家大家下午好！我是來自中國礦業(yè)大學(xué)的消防工程專業(yè)的朱國慶，非常榮幸今天下午在這里給各位專家匯報(bào)我們關(guān)于在新能源火災(zāi)防控方面研究的成果。
我的匯報(bào)分五個(gè)部分，第一部分新能源火災(zāi)防控的研究背景，這個(gè)大家講得比較多，我就簡單地過一下。中國制定了一個(gè)“雙碳”戰(zhàn)略，以鋰離子電池為能量載體的儲能電站和電動(dòng)汽車，以及充換電站等新能源行業(yè)快速地發(fā)展。
過去我們儲能電池的儲量和充電速度是大家焦慮的問題，但是隨著這些年的突破我們在這方面的焦慮得到了大幅度地緩解。但是鋰離子電池帶來的熱失控，帶來火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)這個(gè)焦慮目前越來越成為主要的矛盾。鋰離子電池它發(fā)生熱失控有內(nèi)因問題，有外因問題，從哲學(xué)的角度來講內(nèi)因是變化的根據(jù)，外因是變化的條件，要解決內(nèi)因問題實(shí)際上是將來努力的方向。我們要把熱失控的外因地解決掉也是我們不能忽視的。
鋰離子電池從一個(gè)單體熱失控逐步演化成整個(gè)模組，甚至整個(gè)電站或者電池包的熱失控，最后形成大面積的火災(zāi)，甚至引起爆炸，帶來了整個(gè)社會的焦慮，嚴(yán)重制約了新能源行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
鋰離子電池?zé)崾Э貛淼膯栴}集中在三個(gè)領(lǐng)域，一個(gè)是新能源汽車，再有儲能電站，再有充換電的領(lǐng)域，我們分別過一下。在新能源汽車一旦發(fā)生熱失控，會帶來嚴(yán)重的問題，起火爆炸發(fā)展特別迅速，逃生十分困難，造成很惡劣的社會影響。
再有電動(dòng)汽車一旦著火從以往的案例可以發(fā)現(xiàn)，沒有很好的滅火劑來對付它，消防隊(duì)在滅火的過程當(dāng)中需要消耗大量的水，最后還是燒成一個(gè)空殼。儲能電站也面臨同樣的問題，這些年隨著儲能電站的快速發(fā)展，儲能電站的火災(zāi)也集中地爆發(fā)出來，關(guān)于儲能電站的火災(zāi)案例也此起彼伏。
再有關(guān)于光伏電站和充放電站這方面隨著最近這幾年光伏發(fā)電也在快速的發(fā)展，我們充換電站布局的數(shù)量也在快速地增多，這方面的火災(zāi)問題也不容忽視，逐漸地突出出來。
總結(jié)一下，消防安全目前已經(jīng)成為新能源產(chǎn)業(yè)、行業(yè)發(fā)展的攔路虎，絆腳石。無論是新能源汽車還是儲能行業(yè)，均面臨著嚴(yán)峻的消防安全問題，保證新能源的安全，要從三個(gè)方面做好工作。
第一，我們這個(gè)電池能不能不著火，這就要開展電池本質(zhì)安全的研究。
第二，能不能早知道，在即將著火的時(shí)候我們能提前預(yù)警，這就要開展極早期預(yù)警，超早期預(yù)警的研究。
第三，能不能快速地滅火，并抑制它的復(fù)燃，這就要開展高效滅火劑的研究。
目前來講第一道防線能不能不著火，即本質(zhì)安全的研究現(xiàn)在短期內(nèi)不會有大的改觀，電池作為高能量體，從哲學(xué)的角度來講高能量體本身就是不安全的，要想安全難度是相當(dāng)大的。目前研究的重點(diǎn)是能不能極早期地發(fā)現(xiàn)，找到比較高效的滅火劑，能夠控制它的燃燒，抑制爆炸。
我今天給各位領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)的是基于最后一點(diǎn)，滅火這方面。我們研究的氣凝膠高效滅火劑。分析傳統(tǒng)滅火劑，針對新能源電池火災(zāi)都存在一定的局限性。我們火災(zāi)分為ABCDEF六類火災(zāi)，過去滅火劑的研制和開發(fā)都是基于6類火災(zāi)開發(fā)研制的。但是新能源電池的火災(zāi)不僅僅是原來過去某一類滅火劑，而新能源電池的火災(zāi)至少復(fù)合了ABCDE這幾類火災(zāi)，因此，基于某類火災(zāi)而研制的傳統(tǒng)滅火劑都很難對付新能源電池的火災(zāi)。
以全氟己銅和七氟丙烷為代表的氣體滅火劑由于它的汽化潛熱比較低，滅火效果不可能好；以干粉為代表的固體滅火劑滅火效果更差；目前水系滅火劑是大家經(jīng)過全行業(yè)反復(fù)的探索，反復(fù)的試驗(yàn)，證明水系滅火劑效果還好一些。由于沒有形成共識，所以我們國家國標(biāo)電化學(xué)儲能站安全規(guī)程當(dāng)中對滅火劑沒有提出具體的要用哪種滅火劑，但是提出了確定性的要求，即這類滅火劑絕緣性能和降溫性能要非常良好，要能夠滿足持續(xù)抑制復(fù)燃的要求。
因此，滅火劑的研制方向要在這三個(gè)要求上確定我們的研究目標(biāo)。研發(fā)的目標(biāo)是兼具高效冷卻和抑爆特性的，具有高黏附性和高潛熱的新型滅火劑。再者，由于無論是電動(dòng)汽車還是儲能電站都比較分散，規(guī)模相對比較小，滅火劑釋放的方式都不能太復(fù)雜，所以壓縮空氣泡沫或者傳統(tǒng)的泡沫，由于系統(tǒng)比較復(fù)雜，在電動(dòng)汽車和儲能電站的滅火應(yīng)用中，從工程運(yùn)用角度來講很難接受，所以我們要研發(fā)一種釋放方式非常簡單的、可靠的滅火劑。
基于此我們基于氣凝膠納米顆粒來研制具有高汽化潛熱、強(qiáng)黏附性的新型高效的滅火劑，顯著地提高滅火冷卻的效率，實(shí)現(xiàn)電池火災(zāi)的高效防治。氣凝膠的化學(xué)成分是二氧化硅，氣凝膠是目前我們?nèi)祟惏l(fā)明的最耐火隔熱的材料之一。
研制的第一個(gè)成果就是新型氣凝膠滅火劑基礎(chǔ)的配方，這個(gè)基礎(chǔ)的配方能夠達(dá)到電動(dòng)汽車和儲能電站高效滅火抑爆的效果。通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)以水為基礎(chǔ)的滅火基液當(dāng)中加入氣凝膠的顆粒和相關(guān)的聚合物能夠顯著提升滅火泡沫的抗燒性能。再有氣凝膠顆粒分散在滅火液當(dāng)中能夠顯著提高泡沫的析液的時(shí)間。
第二個(gè)成功開展高效清潔滅火劑性能的調(diào)控的研究。除了要能滅火之外，我們還要提高它的抑爆能力和消解可燃?xì)怏w的能力。我們通過調(diào)控它的孔徑大小和在里面添加一些金屬催化劑，強(qiáng)化滅火劑的物理吸附和化學(xué)催化的功能。我們研究發(fā)現(xiàn)通過這種調(diào)控以后新的滅火劑對烴類和一氧化碳?xì)怏w的催化和吸附效果明顯地提高。
第三個(gè)是這種新型滅火劑我們要能用得起，因此要研究它的常壓制備工藝，來能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、大規(guī)模的制備。
第四個(gè)在完成低成本、大規(guī)模的制備以后，開展了對氣凝膠滅火劑進(jìn)行性能的評價(jià)和滅火效能實(shí)際的測試研究。我們將新型滅火劑對比既有的滅火劑，無論是泡沫的，還是氣體的滅火劑進(jìn)行了對比測試，測試它的滅火效果差異。
我們先開始了電芯級別的測試。這是在中國礦業(yè)大學(xué)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)室開展的電芯級別的測試，左邊這個(gè)錄像是我們用9升的氣凝膠滅火器進(jìn)行噴射，兩個(gè)電芯；右邊是4個(gè)電芯，我們用10毫米的直流水槍來進(jìn)行噴射滅火。從這個(gè)錄像可以看出來直流水槍由于壓力比較大，滅火效果明顯優(yōu)于滅火器，4個(gè)電芯熱失控瞬間火就被滅掉了，而且沒有再復(fù)燃。
我們又開始了模組級別的滅火實(shí)驗(yàn)。我們聯(lián)合上海消防總隊(duì)在上海徐匯支隊(duì)進(jìn)行了模組級的滅火測試。如圖展示的畫面前半段做了一些加速的處理，我們用直徑30×30的油盤把某電動(dòng)汽車一個(gè)完整的模組引燃，引燃之后把油盤撤走，自行維持燃燒。自行燃燒以后大概到7分鐘左右，基本上燒到整個(gè)模組50%的時(shí)候，在消防隊(duì)的指揮下開始進(jìn)行滅火。
火災(zāi)試驗(yàn)現(xiàn)場燃燒現(xiàn)象還是比較恐怖的，此起彼伏的爆炸聲，火災(zāi)高度最大近十米，最遠(yuǎn)爆炸碎片接近一百米。我們在接到滅火指令后，開始10毫米直流水槍滅火，噴灑氣凝膠滅火劑以后基本上2秒鐘，模組明火即滅，冷卻2分鐘后模組整體溫度降到100℃以下，觀察2個(gè)半小時(shí)沒有再復(fù)燃。大家可以看到在滅火的過程中由原來的黑煙變成白煙，實(shí)際上是蒸發(fā)的水蒸汽，視頻顯示蒸汽的數(shù)量快速地減少，說明溫度快速地降低了，滅火使用了大概30升的滅火劑。
分析我們的實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以看出，滅火劑噴射上去以后溫度從約1300度在2秒鐘之內(nèi)斷崖式下降到100度，冷卻了2分鐘左右，溫度就再也沒有超過100度，持續(xù)觀察沒有再復(fù)燃。這是模組級的測試。
我們又進(jìn)行了電池包層級的測試。電池包層級的測試用的是完整的電池包，磷酸鐵鋰電池，滅完火之后也沒有再復(fù)燃的情況。
在中國礦業(yè)大學(xué)消防工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)基地進(jìn)行了電動(dòng)汽車的整車燃燒和滅火測試。中國礦業(yè)大學(xué)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)場大概占地面積300畝，擁有8000平方米的實(shí)驗(yàn)大廳，整車滅火實(shí)驗(yàn)是在室外試驗(yàn)場測試的。共燒了3輛汽車整車。第一輛采取的是淹沒式的滅火，用了9分25秒，汽車完全燃燒以后最高峰的時(shí)候開始滅火，這個(gè)不是直接滅火，而是在物理圍欄里面全部灌注進(jìn)滅火劑，半淹沒整個(gè)汽車，總共用了9分25秒撲滅整個(gè)火災(zāi)，沒有發(fā)生復(fù)燃。
第二輛不是淹沒式滅火了，而是用直流水槍直接滅火。視頻顯示水槍滅火的效果要比淹沒式好，速度更快。引火方式是把電池箱里面鉆一個(gè)孔，灌注電解液，讓它內(nèi)部短路起火，電池包起火之后引燃內(nèi)飾，整車全面燃燒并達(dá)到猛烈階段后進(jìn)行滅火。燃燒的時(shí)間是20分鐘，20分鐘以后開始滅火，這時(shí)已到了最猛烈的燃燒狀態(tài)，接到指令后我們用時(shí)2分鐘之內(nèi)撲滅全部明火，持續(xù)冷卻了5分鐘，96小時(shí)沒有再復(fù)燃。
左邊的是無人機(jī)從天上拍攝的，右邊的是手持?jǐn)z像機(jī)拍攝的。用2個(gè)10毫米的直流水槍，還有2個(gè)15升背負(fù)式滅火器同時(shí)滅火，滅火的過程視頻顯示產(chǎn)生大量的白汽，實(shí)際上是水蒸汽。
總結(jié)一下，新型氣凝膠滅火劑有4個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。冷卻抗復(fù)燃能力強(qiáng)，可吸附消納可燃?xì)怏w，穩(wěn)定性好，成本低，對環(huán)境比較友好。它未來有廣闊的應(yīng)用場景，如儲能電站，新能源停車場，大型的油罐，還有森林草原的火災(zāi)。我們和軍方正在聯(lián)合研制氣凝膠滅火彈，利用火箭炮發(fā)射平臺，發(fā)射到空中，在森林火災(zāi)上空爆炸，形成氣凝膠雨落下來滅火以及形成隔離帶，氣凝膠滅火彈目前在研制中。對于高層建筑的外立面火災(zāi)，高架倉庫的火災(zāi)，氣凝膠滅火劑未來都可以進(jìn)行持續(xù)的開發(fā)研究。
第三個(gè)部分關(guān)于鋰離子電池專用新型滅火技術(shù)的研究是儲能站液氮抑爆滅火裝備的開發(fā)。大家知道液氮具有快速降溫，抑爆，全淹沒的特點(diǎn)，抑爆滅火的能力特別突出。液氮滅火實(shí)際上在我們煤礦行業(yè)已經(jīng)是非常成熟的技術(shù)，在上個(gè)世紀(jì)七80年代為抑制煤炭自燃，礦井下采掘完以后防止煤炭自燃，抑制瓦斯爆炸都得到了非常廣泛的應(yīng)用。
我們現(xiàn)在想能不能把液氮用到鋰電池滅火領(lǐng)域來，液氮大的儲存溫度比較低，負(fù)196度，我們把液氮和現(xiàn)在市場上常用的滅火劑進(jìn)行了全面的性能測試，測試過程就不說了，說一下結(jié)果。從測試結(jié)果來講，現(xiàn)在市場上既有的滅火劑滅火的效能都不如液氮表現(xiàn)好，液氮在滅火能力評估當(dāng)中我們設(shè)定了一些評估的指標(biāo)，各項(xiàng)評估指標(biāo)表現(xiàn)是最好的。
大家要考慮液氮有沒有環(huán)保性。環(huán)保性大家不用擔(dān)心，因?yàn)橐旱旧砭蛠碜钥諝猓枪I(yè)副產(chǎn)品，來自于自然，回到自然，在環(huán)保上不存在問題。我們對液氮在工程應(yīng)用方面進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，提出一些滅火的工程參數(shù)，通過一系列實(shí)驗(yàn)確定了在工程上應(yīng)用液氮滅鋰電池火滅火劑的投放量。
再有很多人擔(dān)心液氮負(fù)196度在滅火的過程中會不會導(dǎo)致相鄰的電池發(fā)生冷凍的傷害，我們就開展了液氮冷凍傷害的研究。研究結(jié)果證明液氮在滅火的過程中不影響相鄰電池性能，沒著火的電池仍然可以繼續(xù)使用。
我們相繼開發(fā)了4代液氮滅火的工程設(shè)備。從2015年我們提出理念，2016年開始滅火裝備的研究，2018年產(chǎn)生第一代工程樣機(jī)開始應(yīng)用示范，一直到2024年產(chǎn)生第四代滅火裝置，已經(jīng)可以商用了。這是我們不同階段研制液氮滅火的裝備，這是我們在工程等級進(jìn)行的滅火實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明液氮對抑制鋰離子電池燃燒爆炸有非常好的滅火效果。
做了氣凝膠滅火劑，為什么又做液氮？因?yàn)槲覀兒芏鄰S家擔(dān)心氣凝膠滅火劑畢竟是以水為基礎(chǔ)的，擔(dān)心會不會導(dǎo)電。實(shí)際上電池已經(jīng)著火了，我們再噴射滅火劑滅火，電池已經(jīng)燒了也是不能用的了，我覺得這個(gè)不是主要矛盾，能不能快速的冷卻，能不能抑制復(fù)燃是主要的矛盾。而液氮，完美地滿足了絕緣、冷卻和抑制復(fù)燃的這三個(gè)指標(biāo)。這是我們開展的大型實(shí)驗(yàn)研究，開發(fā)了整個(gè)液氮滅火系統(tǒng)，包括預(yù)警，報(bào)警，整個(gè)滅火實(shí)驗(yàn)的裝置。
未來可以在中大型的儲能站，工商業(yè)儲能以及其他的領(lǐng)域液氮的開發(fā)潛力還是比較大的。
第四個(gè)方面給各位專家匯報(bào)一下我們在鋰離子電池火災(zāi)測試方法與測試檢驗(yàn)儀器方面開展的設(shè)備研究。我們國家頒布了電力儲能鋰離子電池檢測的標(biāo)準(zhǔn)，上面三位老師也講了關(guān)于UL的測試標(biāo)準(zhǔn)，國際電工委員會的儲能電池標(biāo)準(zhǔn)，UL9640A等這些標(biāo)準(zhǔn)?；谶@些標(biāo)準(zhǔn)我們中國礦業(yè)大學(xué)研制開發(fā)了一系列鋰離子電池?zé)崾Э販y試儀器。這是電芯的測試儀器，這是模組的測試儀器，這是單元層級的大型儀器，我們的儀器可以從1兆瓦一直到20兆瓦火都可以制造和測試。
基于測試儀器和測試標(biāo)準(zhǔn)，中國礦業(yè)大學(xué)牽頭制定了儲能電站鋰離子電池誘發(fā)火災(zāi)危險(xiǎn)的測試方法這樣一個(gè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，最后給各位領(lǐng)導(dǎo)簡單匯報(bào)一下我們新能源火災(zāi)防控的研究團(tuán)隊(duì)，中國礦業(yè)大學(xué)。
礦大是一個(gè)老牌的學(xué)校，創(chuàng)建于1909年，是教育部應(yīng)急管理部和交通運(yùn)輸部三方共建的高校，目前礦大是由兩個(gè)A+學(xué)科，一個(gè)是安全科學(xué)工程，一個(gè)是礦業(yè)工程，這兩個(gè)A+學(xué)科同時(shí)也是兩個(gè)“雙一流”學(xué)科。除了這兩個(gè)A+學(xué)科之外，還有三個(gè)A-，一個(gè)是測繪，一個(gè)是地質(zhì)，一個(gè)是土木。三個(gè)A－其中兩個(gè)都是全國排名第三的。
我所在的學(xué)科叫安全科學(xué)與工程，在教育部第四輪、第五輪學(xué)科評估大家可以看到除了前三名礦大、科大和清華位次沒有發(fā)生變化之外，從第4名到第8名一次學(xué)科評估都是此起彼伏，每次都發(fā)生上下變化，有的上去了，有的下來了。我們礦大安全科學(xué)工程一級學(xué)科在軟科排名當(dāng)中連續(xù)7年礦大都是排名第一的。基于安全科學(xué)工程一級學(xué)科，礦大開辦了消防工程專業(yè)，目前礦大的消防工程專業(yè)也是全國的唯一一個(gè)所在的學(xué)科和專業(yè)都是A+的。
這是教育部網(wǎng)站里面能夠找到的最早關(guān)于教育部批準(zhǔn)中國礦業(yè)大學(xué)設(shè)立消防工程專業(yè)的批準(zhǔn)文件，2000年礦大設(shè)立消防工程專業(yè)，也是全國普通高校里面最早設(shè)立消防工程專業(yè)的。消防工程專業(yè)目前是國家一流專業(yè)和A+專業(yè)，我們目前正在承擔(dān)的項(xiàng)目包括國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，其中我承擔(dān)了儲能電站，新型高效滅火劑的研制課題，另外還有七本標(biāo)準(zhǔn)，涉及鋰離子電池或者儲能的7本標(biāo)準(zhǔn)。
這是我們新能源安全檢測中心的外觀圖，這是我們檢測中心的設(shè)備，都是自己研發(fā)的設(shè)備?？梢蚤_展鋰離子電池?zé)崾Э叵嚓P(guān)的研究，相關(guān)的測試。這是我們在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行簇級的測試，目前實(shí)驗(yàn)室還沒有燒到艙級，王老師講的艙級代價(jià)太大，成本太高，我們燒不起，這是簇級的燃燒測試。
我們開展了電芯滅火性能的測試，這是中國礦業(yè)大學(xué)消防工程專業(yè)實(shí)踐實(shí)習(xí)基地，圖片展示的是在實(shí)驗(yàn)基地的廠房，8000平方米的廠房里進(jìn)行滅火性能的測試。我們還開發(fā)了一系列液氮滅火裝備從工程樣機(jī)一直到現(xiàn)在的工業(yè)級的產(chǎn)品。
我今天給各位專家匯報(bào)到這，不當(dāng)之處請各位專家批評指正，謝謝大家！
