Bezpieczne składowanie akumulatorów litowo-jonowych

Bezpieczne składowanie akumulatorów litowo-jonowych

Akumulatory litowo-jonowe to stosunkowo młoda technologia. Ale od czasu jej wprowadzenia na początku lat 90-tych odcisnęła ona trwałe piętno na rynku akumulatorów i stopniowo wyparła starsze technologie. Dzisiaj trudno już sobie wyobrazić naszą codzienność bez akumulatorów litowych, i to nie bez powodu: są one szczególnie małe i efektywne, a przez to interesujące w wielu zastosowaniach. Nie tylko smartfony i tablety czerpią energię z ogniw litowych, bo te ostatnie odgrywają ważną rolę także w dziedzinie elektromobilności. Zaletą akumulatorów litowych jest m.in. duża gęstość energii przy niewielkiej masie własnej i szybkie ładowanie.

Ale ten medal ma też odwrotną stronę: wciąż słyszy się o niebezpiecznych incydentach w związku z akumulatorami litowymi. W 2017 r. na czołówkach gazet znalazł się pożar parkingu piętrowego w Hanowerze, do którego doszło za sprawą akumulatora roweru elektrycznego. W 2018 r. w Hamburgu zginął człowiek w eksplozji ładowarki do akumulatorów. Nie ma wątpliwości, że wybuchy i pożary akumulatorów litowo-jonowych mogą mieć katastrofalne skutki, powodować duże szkody materialne, a w najgorszym razie śmierć osób. Dlatego nie tylko przed osobami prywatnymi, ale głównie przed zakładami pracy staje palące pytanie o jak najbezpieczniejsze posługiwanie się tym sprzętem i jego składowanie. Jest bowiem faktem, że Kodeks Pracy (Dział X Bezpieczeństwo i higiena pracy) zobowiązuje pracodawcę do określenia i oceny zagrożeń oraz do podjęcia stosownych środków zaradczych. W naszym praktycznym poradniku rozpatrujemy wnikliwie potencjalne zagrożenia związane z akumulatorami litowymi i udzielamy cennych wskazówek, jak uniknąć szkód.



Sposób działania akumulatora litowo-jonowego

W ocenie zagrożeń powodowanych przez akumulatory litowe bardzo pomocna może być znajomość sposobu ich działania. Ważna informacja: nie istnieje „ten jeden” akumulator litowy. Istnieje natomiast wiele różnych systemów akumulacji energii, w których wykorzystuje się lit w formie czystej lub związanej. Zasadniczo wyróżnia się ogniwa litowo-jonowe pierwotne (nieładowalne) i wtórne (ładowalne). Potocznie te pierwsze nazywane są bateriami, te drugie zaś akumulatorami litowo-jonowymi.

Akumulator składa się zależnie od swojej pojemności z kilku ogniw. Każde ogniwo litowo-jonowe składa się z elektrody dodatniej i ujemnej, anody i katody. Między nimi znajduje się elektrolit przewodzący jony. Gwarantuje on transport jonów litu między elektrodami w czasie ładowania lub rozładowywania. Najbardziej znaną formą akumulatorów litowo-jonowych są takie, w których stosowany jest ciekły elektrolit. Innym ważnym elementem jest separator. Uniemożliwia on bezpośredni kontakt między anodą i katodą zapobiegając w ten sposób zwarciu. Przy rozładowywaniu akumulatora po stronie anody oddawane są jony litu i elektrony. Elektrony przepływają przez zewnętrzny obwód i wykonują pracę elektryczną. Jednocześnie jony litu wędrują przez ciekły elektrolit i separator do katody. Przy ładowaniu proces ten przebiega w odwrotnym kierunku.

Zależnie od systemu budowa akumulatora litowo-jonowego i zastosowane materiały mogą być różne. W akumulatorze litowo-polimerowym elektrolit jest związany w sieci molekularnej folii polimerowej. Dzięki temu można zrezygnować z oddzielnego separatora. Akumulatory litowo-polimerowe mogą oddawać tylko niewielką ilość prądu przy rozładowywaniu. Folia polimerowa pozwala jednak nadawać akumulatorom płaską formę, przez co znajdują one zastosowanie przede wszystkim w telefonach komórkowych i laptopach. Ogniwo litowe cienkowarstwowe to akumulator, w którym elektrolit został zastąpiony przez gaz przewodzący jony. Umożliwia to zastosowanie metalicznego litu, a tym samym uzyskanie ekstremalnie dużej gęstości energii. Technika ta jest obecnie ważnym obiektem zainteresowania w badaniach nad akumulatorami litowymi.


Jakie zagrożenie tkwi w akumulatorach litowo-jonowych?

Przy dzisiejszych standardach produkcyjnych akumulatory litowe należy uważać za stosunkowo bezpieczne. Z reguły już producent przeprowadza różne testy bezpieczeństwa przed wprowadzeniem do obrotu wyrobów (seryjnych). Na przykład przewożenie akumulatorów litowych jest dopuszczalne tylko wtedy, gdy mają one certyfikat wg UN 38.3. W celu uzyskania tego certyfikatu muszą być pomyślnie przeprowadzone próby akumulatorów poddanych różnym warunkom transportu. Należą do nich:

  • Symulacja wysokości

  • Badanie termiczne

  • Drgania

  • Uderzenie

  • Zwarcie wewnętrzne

  • Zderzenie / Test zgniatania

  • Przeładowanie

  • Wymuszone rozładowanie

Ponieważ akumulatory przy takich próbach są poddawane obciążeniom przekraczającym dopuszczalne granice, trzeba zapewnić szczególne środki bezpieczeństwa. Wielu z naszych klientów przeprowadza dodatkowo własne serie prób, np. żeby zweryfikować bezpieczeństwo akumulatorów w połączeniu ze swoimi produktami. Wykorzystują w tym celu systemy pomieszczeń technicznych DENIOS jako bezpieczne miejsce testów. Czy interesuje Państwa testowanie akumulatorów litowych? Tu dowiesz się więcej.

Ogień

W celu zwiększenia bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych producenci mogą je już na poziomie ogniw wyposażać w różne zabezpieczenia. Jeśli np. ogniwo jest wypełnione zapalnym elektrolitem, to dla lepszej ochrony można do niego dodać substancje hamujące ogień. Skutecznym środkiem może być także umieszczenie akumulatora w odpornej na korozję przeciwzderzeniowej obudowie wypełnionej hamującą ogień pianką.

Mimo to należy przy obchodzeniu się z akumulatorami litowo-jonowymi zachować szczególną ostrożność – bo wciąż dochodzi do groźnych pożarów. Jeśli np. akumulatory litowo-jonowe są nieprawidłowo obsługiwane lub składowane, to mogą stanowić znaczne ryzyko. Nie zawsze można też z góry wykluczyć fabryczne defekty techniczne. Rzecz w tym, że kiedy już coś się wydarzy, to skutki są często katastrofalne. Zagrożenie wynika z samej budowy akumulatora. Tam, gdzie łączą się materiały o wysokiej gęstości energii i łatwopalne elektrolity, powstaje w dosłownym rozumieniu wybuchowa mieszanka. Poniżej przedstawimy częste przyczyny pożarów akumulatorów litowo-jonowych:

Pożar wskutek przeładowania lub za wysokiej temperatury

Jeśli akumulator litowy zostaje przeładowany albo narażony na zbyt wysoką temperaturę, to może wystąpić przegrzanie ogniw. Niestabilność cieplna (tzw. thermal runaway) oznacza reakcję o silnie egzotermicznym przebiegu, która może doprowadzić do zapłonu litu w akumulatorze i spowodować pożar metalu. Wysoka energia cieplna prowadzi przy tym najpierw do wyparowania ciekłego elektrolitu, wskutek czego powstaje dodatkowe ciepło i wydzielają się palne gazy. Jeśli zostanie przekroczona temperatura samozapłonu gazu, to ulega on zapaleniu i zapala z kolei reaktywny lit. Wystarczy już niestabilność cieplna zaledwie jednego ogniwa, żeby ogniwa sąsiednie tak się nagrzały, że powstaje brzemienna w następstwa reakcja łańcuchowa. Kiedy zostanie ona raz uruchomiona, to wystarczy kilka minut, żeby akumulator zapalił się wybuchowo.

Pożar wskutek głębokiego rozładowania

Również wskutek głębokiego rozładowania może dojść do pożaru. Jeśli akumulator litowo-jonowy przez dłuższy czas nie jest używany, to może ulec całkowitemu rozładowaniu. Efektowi temu może sprzyjać niska temperatura zewnętrzna – np. w miesiącach zimowych. Także w tym przypadku dochodzi do rozkładu ciekłego elektrolitu i w rezultacie do powstania łatwopalnych gazów. Jeśli następnie zostanie podjęta próba naładowania głęboko rozładowanych ogniw litowo-jonowych, to wskutek braku elektrolitu doprowadzona energia nie będzie już mogła być prawidłowo przetworzona. Może dojść do zwarcia lub pożaru.

Pożar wskutek uszkodzenia mechanicznego

Przy manipulowaniu akumulatorami litowo-jonowymi istnieje zawsze pewne ryzyko ich uszkodzenia. Kolizje z pojazdami zakładowymi, upadek na twarde podłoże lub przygniecenie wskutek nieprawidłowego składowania to tylko kilka przykładów. Jeśli w rezultacie nastąpi zdeformowanie ogniw, to może to spowodować wewnętrzne zwarcia i pożar akumulatora. Nie można także w 100% wykluczyć zanieczyszczeń w produkcji samych ogniw. W rzadkich przypadkach może się zdarzyć, że cząstki, które w trakcie produkcji dostaną się do ogniwa, uszkodzą je z biegiem czasu od wewnątrz. Także wtedy mogą się pojawić wewnętrzne zwarcia.

 

Pożar akumulatora litowo-jonowego jest trudny do ugaszenia. Próby gaszenia środkami obojętnymi są przeważnie nieskuteczne, to ogniwa litowo-jonowe same wytwarzają tlen potrzebny do spalania. Do zwalczania pożarów klasy D nadają się jedynie specjalne proszki i granulaty gaśnicze. Jednak przy coraz większym rozszerzaniu się pożaru nie mogą one już być odpowiednim środkiem (tu pojawia się m.in. problem pokrycia powierzchni). 

Mimo to ze wszech miar zasługuje na polecenie zaopatrzenie się w wystarczający zapas proszków lub granulatów gaśniczych dla prewencyjnego zapobiegania pożarom kompaktowych akumulatorów energii bądź też dla uchwycenia ich w momencie powstawania i „zduszenia w zarodku”. Przysypanie ognia granulatem gaśniczym Extover odcina dopływ tlenu do palącego się materiału. Podobnie jak szkło, powyżej pewnej temperatury Extover ulega stopieniu. Granulat absorbuje przy tym dużo energii cieplnej, chłodzi przez to palący się materiał i jednocześnie wytwarza na nim nieprzepuszczalną powłokę. Skutecznie nie dopuszcza do reakcji z tlenem. W naszym sklepie internetowym znajdziesz odpowiednie produkty.

W kwestii użycia wody do gaszenia zdania są podzielone. Ponieważ lit jest bardzo reaktywny, niektórzy odradzają polewanie go wodą. Nowsze badania sugerują jednak, że większe ilości wody są w stanie ograniczyć pożary litu i skutecznie je zwalczać. Dla wyjaśnienia przytacza się tu m.in. efekt chłodzenia, który spowalnia reakcję ogniw. Również rozszerzanie się pożaru może być zredukowane o tyle, że pożar nie przenosi się na inne media. Jednak do zwalczania pożaru potrzebna jest wyraźnie większa ilość wody niż w przypadku pożaru konwencjonalnego. Dla przyspieszenia sukcesu i ew. także zredukowania potrzebnej ilości wody można dodać do wody gaśniczej różne dodatki. Generalnie obowiązuje zasada indywidualnej oceny występujących w zakładzie pracy zagrożeń i opracowania odpowiedniej koncepcji gaszenia pożaru i ochrony przeciwpożarowej we współpracy z fachowcami i ubezpieczycielami majątkowymi.

Wybuch pożaru nie jest niestety jedynym ryzykiem, którego źródłem są akumulatory litowo-jonowe. Przy wystąpieniu reakcji zachodzi również niebezpieczeństwo, że z wnętrza ogniw będą się wydobywać szkodliwe substancje, jak kwas solny lub fluorowodorowy. Mogą one występować np. w postaci oparów i szkodzić ludziom przez kontakt ze skórą lub wdychanie. Przy gaszeniu mogą ulegać rozcieńczeniu wodą gaśniczą, wsiąkać w ziemię (jeśli nie ma odpowiedniego urządzenia wychwytowego) i powodować szkody w środowisku.

Generalna zasada: Potencjał zagrożenia tkwiący w akumulatorach litowo-jonowych jest tym większy, im więcej energii mogą zmagazynować stosowane/składowane akumulatory i im większa ich ilość jest składowana. Ten aspekt sprawy, jak również indywidualne warunki zakładowe i budowlane, procesy i ramy organizacyjne powinny być zawsze oceniane w konkretnym przypadku w ramach oceny zagrożeń.


Środki zapobiegania szkodom

Składowanie akumulatorów litowo-jonowych stawia wiele przedsiębiorstw przed dylematem. Zgodnie z Kodeksem Pracy są one ogólnie zobowiązane do oceny zagrożeń w zakładzie pracy i przeciwdziałania im za pomocą odpowiednich środków zaradczych. Jednak zwłaszcza dla składowania akumulatorów litowych nie istnieją dotychczas przepisy prawa, według których można by się orientować. Tak więc na samych przedsiębiorstwach spoczywa obowiązek ustalenia odpowiednich środków i ich realizacji. M.in. z powodu mnogości różnych typów akumulatorów nie ma aktualnie możliwości sformułowania ogólnych prawideł odnośnie odpowiednich środków i koncepcji ochrony. Dlatego w każdym przypadku konieczne jest rozważenie danej konkretnej sytuacji. Przy opracowywaniu całościowej koncepcji ochrony dla indywidualnego przypadku danego magazynu warto zalecić współpracę ze strażą pożarną, ubezpieczycielami majątkowymi i organami udzielającymi dopuszczeń. Jako eksperci w dziedzinie składowania materiałów niebezpiecznych oczywiście my także chętnie Państwa wesprzemy. Zwróćcie się Państwo po prostu do nas! Poniżej znajdą Państwo źródła informacji, z których mogą Państwo dodatkowo zaczerpnąć wskazówki odnośnie bezpiecznego składowania akumulatorów litowo-jonowych:

Informacje producenta

Zasadniczo producent podaje ogólne wskazówki odnośnie bezpiecznego posługiwania się jego produktami i ich składowania – na przykład optymalną temperaturę roboczą i magazynową. Wytyczne te, które zwykle mogą Państwo znaleźć w instrukcjach obsługi i/lub kartach charakterystyki, powinny być koniecznie przestrzegane. Zgodnie z § 18 ust. 2 BattG [niemieckiej ustawy o bateriach i akumulatorach] producenci są ponadto obowiązani do informowania o substancjach zawartych w ich produktach i ich oddziaływaniu na środowisko i zdrowie ludzi. Również stąd mogą Państwo wyciągnąć wnioski odnośnie swojej oceny zagrożeń.

Instrukcja VdS

Niemieckie Stowarzyszenie Ubezpieczycieli Mienia (Verband der Schadenversicherer – VdS) opublikowało instrukcję zawierającą wskazówki odnośnie zapobiegania szkodom przy udostępnianiu akumulatorów litowo-jonowych w strefach produkcji i magazynowania. Według zaleceń VdS akumulatory litowe dzielone są na trzy różne klasy zależnie od ich mocy: akumulatory litowe małej, średniej i dużej mocy. Podane tam są ogólne reguły bezpieczeństwa przy ich składowaniu, jak również reguły specyficzne dla danej klasy. Poniższa infografika pozwoli Państwu uzyskać w tym orientację.

 

 

Odnośnie udostępniania akumulatorów litowo-jonowych na stanowiskach produkcyjnych VdS zwraca uwagę, że należy tu wziąć pod uwagę zapotrzebowanie dzienne, czyli ograniczyć udostępnianą ilość do niezbędnego minimum. Dodatkowo powinny się znaleźć odpowiednie urządzenia gaśnicze.

Generalnie zaleca się traktować akumulatory litowe jak materiał niebezpieczny i odpowiednio organizować postępowanie z nimi, tzn. przeprowadzić ocenę zagrożeń, wyprowadzić z niej odpowiednie środki, sporządzić specyficzne instrukcje bezpieczeństwa i przeszkolić pracowników w fachowym obchodzeniu się z tymi niebezpiecznymi mediami.  


Ogólne wskazówki bezpieczeństwa dla codziennego posługiwania się akumulatorami litowo-jonowymi mogą być w uproszczeniu ujęte w pięciu punktach:

Unikać obciążeń termicznych
Unikać obciążeń termicznych
Chronić przed wilgocią
Chronić przed wilgocią
Używać tylko odpowiednich ładowarek
Używać tylko odpowiednich ładowarek
Ostrożnie z ładowaniem
Ostrożnie z ładowaniem
Unikać uszkodzeń
Unikać uszkodzeń

Obciążenia termiczne mogą mieć wpływ nie tylko na trwałość, ale też bezpieczeństwo akumulatorów litowo-jonowych. Nie należy narażać akumulatorów bezpośrednio i stale na wysoką temperaturę lub oddziaływanie źródeł ciepła. Zalicza się do tego także bezpośrednie nasłonecznienie. Unikać należy także dłużej trwającego oddziaływania niskiej temperatury, bo sprzyja ona głębokiemu rozładowaniu akumulatora przy użytkowaniu. Jeśli głęboko rozładowane akumulatory litowe są następnie podłączane do ładowarki, może również dojść do pożaru. Dlatego należy przestrzegać zalecanych przez producenta temperatur roboczych i magazynowych.

Kontakt z wilgocią (np. wodą deszczową, kondensacyjną lub rozpryskiwaną) może doprowadzić do zwarcia akumulatora. Dlatego akumulatory litowe powinny być zawsze składowane w suchym miejscu, a w transporcie i użytkowaniu chronione przed wilgocią.

Jedną z najczęstszych przyczyn pożarów akumulatorów, przede wszystkim użytkowanych przez osoby prywatne, jest korzystanie z niekompatybilnych ładowarek. Mogą one np. mieć wyższe napięcie niż potrzebne dla akumulatora i wskutek tego zniszczyć go. Dlatego należy stosować wyłącznie ładowarki przewidziane do użytku w połączeniu z posiadanym modelem akumulatora.

Oprócz korzystania z niewłaściwych ładowarek istnieją dalsze czynniki ryzyka przy ładowaniu. Nie należy ładować akumulatorów litowych przez dłuższy czas, jeśli nie są one potrzebne. Również obecność w pobliżu palnych przedmiotów nie jest dobrym pomysłem. Jeśli to możliwe, należy w czasie ładowania umieścić akumulator na podłodze z betonu lub płytek ceramicznych. Jeśli następnie chcieliby Państwo składować akumulator, to zalecane jest jego naładowanie (SoC) do ok. 30%. Tym sposobem można zredukować ilość energii, która w razie awarii mogłaby spowodować szkody. Uwaga: Pewien minimalny stopień naładowania powinien być zawsze zachowany dla zapobieżenia głębokiemu rozładowaniu. Należy się tu stosować do wytycznych producenta.

Uszkodzenia mechaniczne mogą spowodować deformację ogniw akumulatora i wewnętrzne zwarcia. Dlatego należy się zatroszczyć, żeby akumulatory litowe nie były narażone na uderzenia, wstrząsy ani kolizje. Gdyby jednak coś takiego się wydarzyło, to w żadnym razie nie należy używać uszkodzonych akumulatorów, tylko natychmiast je odseparować, do chwili usunięcia składować oddzielnie i usunąć prawidłowo. Dla ostrożności należy także zabezpieczyć czopy uszkodzonych akumulatorów, np. zakładając kapturki. Oczywiście, akumulatory litowe nie powinny być też rozbierane, otwierane ani rozdrabniane.


Zastrzega się możliwość dokonywania zmian i wystąpienia pomyłek. Wszystkie udostępniane informacje zostały starannie zbadane. Mimo to DENIOS nie może dać gwarancji aktualności, poprawności, kompletności ani jakości przekazywanych informacji.


Rozwiązania DENIOS – indywidualnie zamiast według szablonu

Zależnie od sytuacji magazynowej należy ocenić, jakie zagrożenia mogą wystąpić z jakim prawdopodobieństwem i jakimi skutkami. Nie ma tu rozwiązania standardowego – należy raczej dokładnie ewaluować indywidualne wymagania i dostosować do nich koncepcję bezpieczeństwa. Należy zawczasu włączyć ubezpieczycieli majątkowych do opracowania koncepcji budowlanych środków ochronnych – i wybrać producenta, który może się poszczycić dziesiątkami lat budowy kompetencji w składowaniu materiałów niebezpiecznych. Chętnie wspomożemy Państwa szerokim zasobem doświadczeń.

Systemy pomieszczeń technicznych: realizowane na indywidualną miarę klienta

Potencjalne zagrożenia tkwiące w akumulatorach litowych stanowią szczególne wyzwanie dla systemów magazynowych. Oferujemy Państwu pomieszczenia bezpieczne specjalnie przewidziane do tych celów. Oprócz zagwarantowania 90-minutowej ochrony ppoż. od środka i z zewnątrz systemy te mogą być wyposażone w liczne zabezpieczenia. Należą do nich powierzchnie redukujące ciśnienie w dachu, wentylacja techniczna, systemy monitoringu pomieszczeń (np. wykrywacze gazu, nadzorowanie temperatury lub wczesne wykrywanie pożaru), zintegrowane wanny wychwytowe dla optymalnego bezpieczeństwa w razie awarii lub zintegrowane instalacje gaśnicze. Jeśli chcą Państwo testować akumulatory litowe, to skonstruujemy Państwu odpowiednie do tego bezpieczne pomieszczenie. Może to być np. komora klimatyzacyjna, która pozwoli na badanie akumulatorów w różnych zakresach temperatury.

Właśnie dlatego, że w dziedzinie składowania akumulatorów litowych nie ma standaryzowanych przepisów, a ryzyko może być bardzo różne w różnych zakładach pracy, to pomieszczenie powinno być zawsze jak najdokładniej dopasowane do indywidualnych wymagań. Dlatego nasi inżynierowie opracują razem z Państwem optymalną, skrojoną na indywidualną miarę koncepcję systemu magazynowego lub do badań.

 

 

Pomieszczenia do przechowywania i testowania akumulatorów litowych

Poznaj naszą ofertę przechowywania i testowania systemów magazynowania energii litowej. Oferujemy dostosowane do indywidualnych potrzeb systemy pomieszczeń z wieloma indywidualnymi opcjami wyposażenia.

Dowiedz się więcej

Wiedziałeś o tym? Liczne przedsiębiorstwa zdają się na DENIOS w bezpiecznym składowaniu akumulatorów litowych. Zrealizowaliśmy już dla wielu znanych klientów pomieszczenia do badań. Przeczytaj ciekawe przykłady z praktyki: zaprojektowaliśmy na przykład Wzorcownia i salon sprzedaży akumulatorów dla znanego producenta, firmy HOPPECKE, Stacjonarne stanowisko badania akumulatorów stacjonarnych dla firmy Voltavision GmbH oraz magazyn materiałów niebezpiecznych do składowania akumulatorów litowo-jonowych dla KTM-Sportmotorcycle AG.


Chętnie Państwu doradzimy

W DENIOS już w 1986 r. zaczęliśmy budować kompetencje we wszystkich sprawach dotyczących bezpiecznego, zgodnego z przepisami składowania materiałów niebezpiecznych i manipulowania nimi. Znamy liczne zobowiązania, o których muszą Państwo pamiętać w przedsiębiorstwie, aby sprostać swojej codziennej odpowiedzialności. Korzystając z tej wiedzy możemy wspomagać naszych klientów także w związku z tematem składowania i testowania akumulatorów litowych. Zwróćcie się Państwo do nas!

  • Fachowe doradztwo: Tel. 22 279 40 00
  • Pytania