리튬 배터리의 안전성은 업계에서 항상 우려 사항이었습니다. 특수한 재료 구조와 복잡한 작업 환경으로 인해 화재 사고가 발생하면 장비 파손, 재산 손실, 심지어 인명 피해까지 발생합니다. 리튬 배터리 화재가 발생하면 폐기가 어렵고, 시간이 오래 걸리며, 다량의 유독가스가 발생하는 경우가 많습니다. 따라서 적시에 소화하면 화재 확산을 효과적으로 제어하고 광범위한 연소를 방지하며 직원이 탈출할 수 있는 시간을 더 많이 확보할 수 있습니다.

리튬이온 배터리의 열폭주 과정에서는 연기, 화재, 심지어 폭발까지 자주 발생합니다. 따라서 열 폭주 및 확산 문제를 제어하는 ​​것이 리튬 배터리 제품 사용 과정에서 직면하는 주요 과제가 되었습니다. 올바른 소화 기술을 선택하면 배터리 열폭주 확산을 방지할 수 있으며 이는 화재 발생을 억제하는 데 큰 의미가 있습니다.

이 기사에서는 현재 시중에 판매되는 주류 소화기와 소화 메커니즘을 소개하고 다양한 유형의 소화기의 장단점을 분석합니다.

소화기의 종류

현재 시판되는 소화기는 크게 가스소화기, 수성소화기, 에어로졸소화기, 건조분말소화기로 구분된다. 다음은 소화기 종류별 코드와 특성을 소개합니다..

퍼플루오로헥산: 퍼플루오로헥산은 OECD와 US EPA의 PFAS 목록에 등재되어 있습니다. 따라서 퍼플루오로헥산을 소화제로 사용하려면 현지 법률 및 규정을 준수하고 환경 규제 기관과 소통해야 합니다. 열분해 시 과불화헥산 생성물은 온실가스이기 때문에 장기간, 대용량, 연속 살포에는 적합하지 않습니다. 물분무 시스템과 함께 사용하는 것이 좋습니다.

트리플루오로메탄:트리플루오로메탄 약제는 소수의 제조업체에서만 생산되며 이러한 유형의 소화제를 규제하는 구체적인 국가 표준은 없습니다. 유지관리 비용이 많이 들기 때문에 사용을 권장하지 않습니다.

헥사플루오로프로판:이 소화제는 사용 중에 장치나 장비를 손상시키기 쉽고 지구 온난화 지수(GWP)가 상대적으로 높습니다. 따라서 헥사플루오로프로판은 임시 소화제로만 사용할 수 있습니다.

헵타플루오로프로판:온실효과로 인해 여러 국가에서 점차 제한을 받고 있으며 폐지될 예정입니다. 현재 헵타플루오로프로판 제제는 단종되어 유지 관리 중에 기존 헵타플루오로프로판 시스템을 재충전하는 데 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 사용을 권장하지 않습니다.

불활성 가스:IG 01, IG 100, IG 55, IG 541을 포함하며 그 중 IG 541이 더 널리 사용되며 친환경적이고 환경 친화적인 소화제로 국제적으로 인정받고 있습니다. 그러나 건설비가 비싸고, 가스통 수요가 높으며, 공간 점유가 크다는 단점이 있다.

수성 에이전트:미세수분무 소화기는 널리 사용되고 있으며 냉각효과가 가장 좋습니다. 이는 물의 비열용량이 크기 때문에 많은 양의 열을 빠르게 흡수할 수 있어 전지 내부의 미반응 활성물질을 냉각시켜 추가적인 온도 상승을 억제할 수 있기 때문이다. 그러나 물은 배터리에 심각한 손상을 일으키고 절연 효과가 없어 배터리 단락을 일으킬 수 있습니다.

에어로졸:환경 친화성, 무독성, 저비용, 유지 관리 용이성으로 인해 에어로졸은 주류 소화제가 되었습니다. 단, 선택한 에어로졸은 UN 규정 및 현지 법규를 준수해야 하며, 현지 국가 제품 인증이 필요합니다. 그러나 에어로졸에는 냉각 기능이 부족하고 적용 중에 배터리 온도가 상대적으로 높게 유지됩니다. 소화약제 방출이 멈춘 후 배터리가 다시 점화되기 쉽습니다..

소화기의 효과

중국 과학 기술 대학교 화재 과학 국가 핵심 연구소에서는 38A 리튬 이온 배터리에 대한 ABC 건조 분말, 헵타플루오로프로판, 물, 퍼플루오로헥산 및 CO2 소화제의 소화 효과를 비교하는 연구를 수행했습니다.

소화공정 비교

ABC 건조 분말, 헵타플루오로프로판, 물 및 퍼플루오로헥산은 모두 재점화 없이 배터리 화재를 신속하게 진압할 수 있습니다. 그러나 CO2 소화기는 배터리 화재를 효과적으로 진압할 수 없으며 재점화를 일으킬 수 있습니다.

화재 진압 결과 비교

열 폭주 후, 소화제의 작용에 따른 리튬 배터리의 거동은 크게 냉각 ​​단계, 급격한 온도 상승 단계, 느린 온도 하강 단계의 세 단계로 나눌 수 있습니다.

첫 번째 단계냉각 단계는 소화제가 방출된 후 배터리 표면의 온도가 감소하는 단계입니다. 이는 주로 다음 두 가지 이유 때문입니다.

• 배터리 환기: 리튬 이온 배터리의 열폭주 이전에는 배터리 내부에 다량의 알칸과 CO2 가스가 축적됩니다. 배터리가 압력 한계에 도달하면 안전 밸브가 열리고 고압 가스가 방출됩니다. 이 가스는 배터리 내부의 활성 물질을 운반하는 동시에 배터리에 냉각 효과도 제공합니다.
• 소화제의 효과: 소화제의 냉각 효과는 주로 상 변화 중 열 흡수와 화학적 격리 효과의 두 부분에서 비롯됩니다. 상변화 열흡수는 배터리에서 발생하는 열을 직접적으로 제거하는 반면, 화학적 분리 효과는 화학 반응을 방해하여 간접적으로 발열을 줄여줍니다. 물은 비열 용량이 높아 많은 양의 열을 빠르게 흡수할 수 있기 때문에 냉각 효과가 가장 큽니다. 그 뒤를 이어 퍼플루오로헥산이 뒤따르며, HFC-227ea, CO2, ABC 건조분말은 소화제의 성질 및 메커니즘과 관련하여 큰 냉각 효과를 나타내지 않습니다.

두 번째 단계 급격한 온도 상승 단계는 배터리 온도가 최저치에서 최고치까지 급격하게 상승하는 단계입니다. 소화제는 배터리 내부의 분해 반응을 완전히 막을 수 없고, 대부분의 소화제의 냉각 효과가 좋지 않기 때문에, 소화제 종류에 따라 배터리의 온도는 거의 수직에 가까운 상승 추세를 보입니다. 짧은 시간 안에 배터리 온도가 최고치까지 올라갑니다..

이 단계에서는 배터리 온도 상승을 억제하는 데 있어서 다양한 소화제의 효과에 상당한 차이가 있습니다. 효율성은 내림차순으로 물 > 퍼플루오로헥산 > HFC-227ea > ABC 건조분말 > CO2 순입니다. 배터리 온도가 천천히 상승하면 배터리 화재 경고에 더 많은 응답 시간을 제공하고 운영자에게 더 많은 반응 시간을 제공합니다.

결론

1. CO2: 주로 질식 및 격리에 의해 작용하는 CO2와 같은 소화제는 배터리 화재에 대한 억제 효과가 낮습니다. 본 연구에서는 CO2로 인해 심각한 재점화 현상이 발생하여 리튬배터리 화재에는 부적합한 것으로 나타났다.
2. ABC 건조 분말/HFC-227ea: 주로 격리 및 화학적 억제를 통해 작용하는 ABC 건조 분말 및 HFC-227ea 소화제는 배터리 내부의 연쇄 반응을 어느 정도 부분적으로 억제할 수 있습니다. CO2보다 효과는 조금 더 좋지만 냉각 효과가 부족하고 배터리 내부 반응을 완전히 차단할 수 없기 때문에 소화제가 방출된 후에도 여전히 배터리 온도가 급격히 상승합니다.
3. 퍼플루오로헥산: 퍼플루오로헥산은 내부 배터리 반응을 차단할 뿐만 아니라 기화를 통해 열을 흡수합니다. 따라서 배터리 화재에 대한 억제 효과는 다른 소화제보다 훨씬 뛰어납니다.
4. 물: 모든 소화제 중에서 물은 가장 확실한 소화 효과를 가지고 있습니다. 이는 주로 물이 비열 용량이 커서 많은 양의 열을 빠르게 흡수하기 때문입니다. 이는 전지 내부의 미반응 활성물질을 냉각시켜 추가적인 온도 상승을 억제합니다. 그러나 물은 배터리에 심각한 손상을 입히고 절연 효과도 없으므로 사용에 매우 주의해야 합니다.

우리는 무엇을 선택해야 합니까?

우리는 현재 시장에 나와 있는 여러 에너지 저장 시스템 제조업체에서 사용하는 화재 예방 시스템을 조사했으며 주로 다음과 같은 소화 솔루션을 사용합니다.

• 퍼플루오로헥산 + 물
• 에어로졸 + 물

이라고 볼 수 있다시너지 소화제 리튬 배터리 제조업체의 주류 추세입니다. 퍼플루오로헥산 + 물을 예로 들면, 퍼플루오로헥산은 화염을 빠르게 진압하여 미세한 물 미스트가 배터리와 접촉하는 것을 촉진하는 동시에 미세한 물 미스트가 배터리를 효과적으로 냉각시킬 수 있습니다. 협동작동은 단일 소화약제를 사용하는 것보다 소화 및 냉각 효과가 더 좋습니다. 현재 EU의 새 배터리 규정에서는 향후 배터리 라벨에 사용 가능한 소화제를 포함하도록 요구하고 있습니다. 제조업체는 또한 자사 제품, 현지 규정 및 효과에 따라 적절한 소화제를 선택해야 합니다.