Niebezpieczeństwa przy obchodzeniu się z bateriami litowo-jonowymi

Akumulatory litowo-jonowe są stosunkowo młodą technologią. Jednak od momentu wprowadzenia na rynek na początku lat 90-tych wywarły one trwały wpływ na rynek magazynowania energii i stopniowo wypierają stare technologie. Dzisiaj nie można sobie wyobrazić naszego codziennego życia bez baterii litowych - i nie bez powodu: są one szczególnie małe, a jednocześnie bardzo wydajne i dlatego są interesujące dla szerokiej gamy zastosowań. Nie tylko smartfony i tablety czerpią energię z baterii litowych, odgrywają one również ważną rolę w dziedzinie elektromobilności. Litowe systemy magazynowania energii zdobywają tu punkty między innymi dzięki wysokiej gęstości energii przy niskiej masie własnej i szybkim ładowaniu.

Druga strona medalu: ciągle słyszymy o niebezpiecznych incydentach związanych z bateriami litowo-jonowymi. W 2017 r. na pierwsze strony gazet trafił pożar parkingu w Hanowerze - jego przyczyną był akumulator roweru elektrycznego. W 2018 roku mężczyzna z Hamburga zginął, gdy eksplodowała ładowarka do baterii. Nie ma wątpliwości: eksplozje i pożary akumulatorów litowo-jonowych mogą mieć katastrofalne skutki, powodując kosztowne szkody następcze lub, w najgorszym przypadku, kosztując życie ludzkie. Dlatego nie tylko w przypadku osób prywatnych, ale przede wszystkim firm, pojawia się pilne pytanie, jak obchodzić się z nimi i przechowywać je w możliwie najbezpieczniejszy sposób. Ponieważ faktem jest, że § 5 ArbSchG zobowiązuje pracodawców do identyfikacji i oceny zagrożeń oraz do wdrożenia odpowiednich środków ochronnych.

Przy dzisiejszych standardach produkcji, baterie litowe są uważane za stosunkowo bezpieczne. Z reguły przed wprowadzeniem produktów (serii) na rynek producent przeprowadza różne testy bezpieczeństwa. Na przykład litowe urządzenia magazynujące energię mogą być przewożone tylko wtedy, gdy dostępne jest świadectwo badania zgodne z normą UN 38.3. Aby uzyskać ten certyfikat, należy pomyślnie przejść szereg serii testów, w których akumulatory są sprawdzane w różnych warunkach transportowych. Należą do nich:

Niemniej jednak, należy zachować szczególną ostrożność przy obchodzeniu się z bateriami litowo-jonowymi - ponieważ raz po raz dochodzi do niebezpiecznych pożarów. Kiedy coś się dzieje, konsekwencje są często druzgocące. Niebezpieczeństwo wynika z konstrukcji samego akumulatora. Gdy materiały o dużej gęstości energetycznej i wysoce łatwopalne elektrolity spotykają się ze sobą, tworzą dosłownie mieszaninę niebezpieczną dla ognia. Szczególnie niebezpieczna staje się sytuacja, gdy bateria litowa w sposób niekontrolowany uwalnia zgromadzoną energię. Jak tylko wytworzone ciepło przekroczy temperaturę topnienia separatora, dochodzi do niekontrolowanej reakcji łańcuchowej, czyli do strasznego "ucieczki termicznej".

Wysoka energia cieplna prowadzi początkowo do odparowania cieczy elektrolitycznej, co generuje dodatkowe ciepło i palne gazy. Jeśli ciśnienie wzrośnie powyżej pewnego punktu, uwalniają się gazy palne, które tworzą z powietrzem mieszaninę łatwopalną - na zewnątrz akumulatora powstają płomienie. Nawet wyczerpanie cieplne tylko jednego ogniwa wystarczy, aby nagrzać sąsiednie ogniwa bloku baterii do tego stopnia, że dojdzie do gwałtownej reakcji łańcuchowej. Po uruchomieniu tego procesu wystarczy kilka minut, aby bateria zaczęła się wybuchowo palić. Takie pożary baterii litowo-jonowych są trudne do opanowania, a ogień szybko się rozprzestrzenia. Straż pożarna często musi chronić tylko sąsiednie obszary.

W normalnych warunkach pracy, stosowanie baterii litowych jest uważane za bezpieczne. Ale według VDE jest to prawdą tylko wtedy, gdy wszyscy obchodzą się z nimi prawidłowo. Nieprawidłowe obchodzenie się lub przechowywanie akumulatorów litowo-jonowych może stanowić poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa. Nie zawsze da się od razu wykluczyć wady techniczne w fabryce.

Przeciążenie elektryczne

Typowe ryzyko związane z bateriami litowymi jest dość powszechne: ładowanie i rozładowywanie. Do przeciążenia elektrycznego może dojść z wielu powodów, np. w wyniku zastosowania niewłaściwej ładowarki. Pożar może jednak powstać również w wyniku głębokiego wyładowania. Jeśli baterie litowo-jonowe nie są używane przez dłuższy czas, mogą się całkowicie rozładować. Niewłaściwe warunki przechowywania - na przykład przechowywanie poza temperaturą przechowywania zalecaną przez producenta - mogą sprzyjać temu efektowi. W tym przypadku ciecz elektrolityczna ulega rozkładowi, co prowadzi do powstania wysoce łatwopalnych gazów. Jeśli następnie podjęta zostanie próba ponownego naładowania głęboko rozładowanych ogniw litowo-jonowych, dostarczona energia nie będzie mogła zostać prawidłowo przetworzona ze względu na brak płynu elektrolitycznego. Może to doprowadzić do zwarcia lub pożaru.

Uszkodzenia mechaniczne

Podczas pracy z akumulatorami litowo-jonowymi zawsze istnieje pewne ryzyko ich uszkodzenia. Zderzenia z jadącymi pojazdami, upadek na twarde podłoże lub zgniecenie w niewłaściwych warunkach przechowywania to tylko kilka przykładów uszkodzeń mechanicznych. Jeśli w wyniku tego ogniwa zostaną zdeformowane, może to doprowadzić do wewnętrznych zwarć i pożaru baterii. Nie można też w 100% wykluczyć zanieczyszczeń podczas produkcji samych komórek. W rzadkich przypadkach cząsteczki, które omyłkowo dostaną się do komórki podczas produkcji, mogą z czasem uszkodzić ją od wewnątrz. Również w tym przypadku może dojść do zwarć wewnętrznych.

Przeciążenie termiczne

Zewnętrzne źródła ciepła lub energii mogą rozgrzać baterie litowe i w ten sposób doprowadzić do pożaru z powodu przeciążenia termicznego. Typowymi źródłami zagrożenia są np. otwarty ogień, gorące części maszyn lub składowanie pod bezpośrednim działaniem promieni słonecznych.