V posledních letech došlo k nárůstu používání motorizovaných osobních mobilních zařízení (MPMD) vybavených nespalovacím motorem, jako jsou skútry, jízdní kola, jednokolky, hoverboardy a podobná zařízení. Stejně jako stále více elektrických vozidel obsahuje většina MPMD lithium-iontové baterie, které jsou oceňovány pro svou vynikající životnost a efektivitu skladování energie.
Jak fungují lithium-iontové baterie?
Lithium-iontové baterie, které společnost Sony prodává od 1990. let XNUMX. století, umožňují přeměnu chemické energie na elektrickou energii. Ukládají elektrickou energii, aby se mohla nabíjet nebo vybíjet. Lithium-iontové baterie se skládají z jednoho nebo více článků (energetických oddílů). Tyto buňky jsou chráněny obalem, který se může lišit velikostí a tvarem. Každý článek se skládá hlavně z kladné elektrody (katody), záporné elektrody (anody), elektrolytu (vodič kapalných iontů obsahující rozpouštědlo a solný vodič) a separátoru (fyzická bariéra mezi anodou a katodou).
Hlavní chemickou sloučeninou katody je kovové lithium, jako je oxid lithný kobaltnatý (LiCoO2). Anoda se skládá hlavně z uhličitanu lithného, jako je grafit. Oxidační reakce na anodě vytváří elektrony a redukční reakce na katodě je pohlcuje.
Když je baterie nabitá, ionty lithia (Li + ) uložené v kladné elektrodě (katodě) jsou transportovány elektrolytem k záporné elektrodě (anodě), zatímco elektrony se pohybují od anody ke katodě. Když se baterie vybije a vytvoří elektrický proud (energie ve formě elektřiny se odebere z článku baterie), ionty lithia (Li + ) se pohybují opačným směrem. Tento elektrický proud je poté přeměněn za účelem provozu motoru nebo elektronického zařízení.
Představuje používání lithium-iontových baterií riziko?
Tepelný management lithium-iontových baterií hraje klíčovou roli v jejich životnosti, výkonu a bezpečnostním riziku.
Optimální provozní teplota pro lithium-iontovou baterii je mezi 20 a 40 °C. Systém řízení baterie (BMS) je součástí většiny lithium-iontových baterií, aby zabránil provozu baterie při překročení určitého teplotního prahu (obvykle 60 °C).
Pokud teplota baterie stoupne nad tuto hranici, anodový povlak se začne rozkládat. Nad 70°C se elektrolyt začne vypařovat a zvyšovat tlak v článku, což může způsobit mechanické selhání uvnitř baterie. Teplo zvyšuje rychlost reakce, což dále zvyšuje jeho teplotu. V důsledku posloupnosti exotermických chemických reakcí v každém článku může být spuštěn tepelný útěk, který vede k dominovému efektu, dokud není každý článek v baterii degradován. Tento tepelný únik může způsobit přebití, zkrat nebo přítomnost vnějšího tepla. Nekontrolované zvýšení teploty a tlaku v baterii má za následek degradaci elektrolytu, který může unikat (kapalina nebo plyn), vznítit a explodovat.
Elektrolyt se skládá z rozpouštědla převážně organických uhličitanů a vodivé soli, jako je lithiumhexafluorofosfát (LiPF6). Organické uhličitany v kapalné nebo plynné formě mají vysoké riziko hořlavosti, zatímco lithium hexafluorofosfát je škodlivý při požití a způsobuje vážné poškození kůže a očí v případě kontaktu. Může také způsobit poškození orgánů v případě dlouhodobého nebo opakovaného kontaktu. Pokud elektrolyt unikne a reaguje s vlhkostí nebo vodou nebo se vznítí, může se vytvořit kyselina fluorovodíková (HF) v kapalné nebo plynné formě. Jeho koncentrace bude záviset na teplotě spalování a množství zapáleného elektrolytu.
Kyselina fluorovodíková (HF) představuje pro lidský organismus dvojí hrozbu. Je to žíravý produkt kvůli vodíkovým iontům (H + ) kyseliny, které ničí povrchové vrstvy lidského těla, a velmi toxický kvůli fluoridovým iontům (F – ), které pronikají hluboko do těla a způsobují buňky nekróza. Chelatace fluoridových iontů na vápníku a hořčíku způsobuje hypokalcémii a hypomagnezémii a také destrukci podložních tkání. Vyčerpání těchto prvků vede k nadbytku draslíku a způsobuje biologickou nerovnováhu, která se může projevovat srdeční arytmií.
Čím vyšší je koncentrace HF, tím dříve oběť pocítí následky expozice. Například, když je koncentrace kyseliny fluorovodíkové nižší než 20 %, bolest se objeví pouze 24 hodin po kontaktu s tkání. Závažnost a důsledky expozice budou záviset na množství a koncentraci HF a ovlivněné ploše povrchu. Kontakt se HF může způsobit závažné systémové účinky (včetně zástavy srdce), těžké poleptání kůže, očí nebo trávicího traktu, jakož i podráždění dýchacích cest v případě vdechnutí, včetně plicního edému.
Kromě kyseliny fluorovodíkové vznikají a uvolňují se při spalování elektrolytu i další toxické plyny (oxidy uhlíku).
Co dělat a jak se chránit, když selže lithium-iontová baterie
Přestože jsou lithium-iontové baterie spolehlivé a riziko vznícení je relativně vzácné, je důležité dbát bezpečnostních rad při manipulaci, skladování nebo likvidaci (viz návod k použití dodaný s vaším elektrickým zařízením). V případě selhání lithium-iontové baterie, kdy je pozorováno uvolňování plynů, je velmi důležité vzdálit se od baterie, aby se zabránilo škodlivým plynům, plamenům a možné explozi.
V případě kontaktu očí nebo pokožky s kyselinou fluorovodíkovou (plynnou nebo kapalnou) je nezbytné co nejdříve zahájit dekontaminaci buď vodou (ideálně do 10 sekund po expozici) s následnou aplikací glukonátu vápenatého, nebo HEXAFLUORINEM. ® roztok. Voda je pasivní, hypotonický roztok, který odstraňuje chemikálii z povrchu biologické tkáně. Po promytí vodou aplikace glukonátu vápenatého omezuje působení fluoridových iontů.
Roztok HEXAFLUORINE® je aktivní a hypertonický roztok. Stejně jako voda umožňuje roztok HEXAFLUORINE® odstranění HF z povrchu tkáně, ale na rozdíl od vody také usnadňuje extrakci HF z tkáně. Aktivní látka v roztoku HEXAFLUORINE® pomáhá zastavit chemické působení vodíkových a fluorových iontů. Roztok HEXAFLUORINE® umožňuje uživateli okamžitě zahájit proces extrakce proniklé kyseliny fluorovodíkové a využít delší dobu k zásahu při jednání s produktem, který může být smrtelný. Aby byl dekontaminační protokol účinný, je nutné odstranit oblečení a doplňky. Ve všech případech je nutná lékařská pomoc.
Upozornění: I když je požár lithium-iontové baterie uhašen, je běžné, že požár začne znovu vznikat několik hodin nebo dní po počáteční nehodě v důsledku tepelného úniku, který se může znovu objevit.
