EnglishNguyên nhân cháy nổ và cách xử lý đám cháy pin li-ion, lithium kim loại, NiCd
Nguyên nhân xảy ra sự cố về pin
Việc sử dụng pin li-ion là an toàn với điều kiện pin chất lượng tốt. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây có phản ánh sự cố cháy nổ từ người tiêu dùng, phần lớn tới từ pin li-ion trôi nổi không có chứng chỉ UL. Vì vậy, có thể lý giải lý do tại sao hầu hết các nhà cung cấp hoverboard trên thị trường đã sử dụng pin li-ion của các hãng có chứng chỉ. Kể từ đó, không còn ghi nhận sự cố nào.
Pin xảy ra sự cố chủ yếu tới từ việc Sử dụng không đúng HDSD bao gồm:
- rung lắc quá mức (tác động cơ học),
- nhiệt độ cao
- sạc pin Li-ion dưới mức đóng băng.
- Cách lữu trữ pin không đúng: Khi lưu trữ pin: tuyệt đối không được xả hết và phải được lưu trữ với lượng điện bán phần đối với Pin Li-ion và pin axit chì (pin Li-ion không được giảm xuống dưới 2V/cell trong bất kỳ khoảng thời gian nào). Pin gốc niken có thể được lưu trữ ở trạng thái xả hết mà không có tác dụng phụ rõ ràng. Các “Copper shunt” hình thành bên trong các cell pin có thể dẫn đến tình trạng tự xả cao hoặc đoản mạch bán phần. Nếu được sạc lại, các cell có thể trở nên không ổn định, gây ra nhiệt độ quá cao hoặc nhiều biểu hiện các bất thường khác.
Nhiệt độ tăng khi sạc no được cho là gây ra nhiều “khó chịu” cho pin Li-ion. Loại pin này thích được sạc thường xuyên bán phần và sử dụng thường xuyên. Khi cần lưu trữ, hãy sạc pin bán phần và để ở nơi mát mẻ, tránh ánh nắng mặt trời. Việc sạc nhanh không được khuyến khích đối với li-ion. Tuy nhiên, đối với pin NiCd, sạc nhanh có thể chấp nhận được mà không ảnh hưởng tới tuổi thọ hay chất lượng pin.
Pin Li-ion bị stress vẫn có thể hoạt động bình thường nhưng chúng trở nên nhạy cảm hơn với sự lạm dụng cơ học. Trách nhiệm đối với pin bị hỏng thuộc về nhà sản xuất ngay cả khi lỗi có thể do sử dụng và xử lý không đúng cách. Điều này khiến các nhà sản xuất pin lo lắng và họ đã nỗ lực hết sức để đảm bảo sản phẩm của mình an toàn. Tốt nhất, bạn hãy coi pin như một “cell – tế bào” sống và cần đảm bảo hoạt động / bảo dưỡng trong điều kiện tốt / phù hợp với tính cách của nó.
Tỷ lệ pin gặp sự cố
Tỷ lệ sự cố của pin tiêu dùng:
Với hơn một tỷ điện thoại di động và máy tính được sử dụng trên thế giới mỗi ngày, số vụ tai nạn là rất nhỏ. Để so sánh, Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia cho biết rằng khả năng bạn bị sét đánh trong suốt cuộc đời là khoảng 1 trên 13.000. Pin lithium-ion có tỷ lệ hỏng hóc dưới một trên một triệu. Tỷ lệ hỏng hóc của một cell pin Li-ion chất lượng tốt hơn 1 trên 10 triệu.
Tỷ lệ sự cố của pin công nghiệp
Pin công nghiệp, chẳng hạn như pin dùng cho máy công cụ, thường bền hơn pin dùng trong các sản phẩm tiêu dùng. Bên cạnh cấu trúc chắc chắn, pin dụng cụ điện được tối đa hóa để cung cấp điện và ít tiêu thụ năng lượng hơn trong thời gian chạy dài. Pin Power Cell có xếp hạng Ah thấp hơn Energy Cell và nhìn chung có khả năng chịu đựng và an toàn hơn nếu bị lạm dụng.
Sự cố khi di chuyển pin trên máy bay
Đã có một số vụ cháy và thương vong xảy ra do các cell pin bị lỗi và bắt lửa khi mang theo quần áo và khi đang di chuyển. Năm 2018, một vụ hỏa hoạn trên máy bay đã buộc một máy bay của WestJet phải hạ cánh khẩn cấp ngay sau khi cất cánh do Pin thuốc lá điện tử dự phòng bị cho vào hành lý ký gửi một cách trái phép. Cục Hàng không Liên bang Hoa Kỳ (FAA) đã ghi nhận 206 sự cố liên quan đến pin Li-ion từ năm 1991 đến năm 2018.
Tỷ lệ sự cố của pin xe điện:
Cũng có những lo ngại về an toàn đối với xe điện. Tuy nhiên, số liệu thống kê cho thấy xe điện ít gây ra hỏa hoạn hơn so với xe có động cơ đốt trong (ICE) trên một tỷ km di chuyển. Theo Hiệp hội Phòng cháy chữa cháy Quốc gia Mỹ (NFPA), hơn 400.000 xe chạy bằng ICE đã bị cháy vào những năm 1980. Ngày nay, 90 vụ cháy trên một tỷ xe có động cơ ICE được coi là bình thường; các báo cáo cho biết Tesla chỉ có hai vụ cháy trên một tỷ km di chuyển, tức là thấp hơn nhiều so với ICE.
Cách xử lý khi pin quá nhiệt và bốc cháy
Cách xử lý khi pin tiêu dùng bốc cháy
Nếu pin Li-ion quá nóng, có tiếng xì hoặc phồng lên, hãy ngay lập tức di chuyển thiết bị ra xa các vật liệu dễ cháy và đặt trên bề mặt không cháy. Nếu có thể, hãy tháo pin ra và để ngoài trời để cháy hết. Việc chỉ ngắt sạc đơn thuần không ngăn chặn được quá trình phá hủy của pin.
Một đám cháy Li-ion nhỏ có thể được xử lý giống như bất kỳ đám cháy dễ cháy nào khác. Để có kết quả tốt nhất, hãy sử dụng bình chữa cháy dạng bọt, CO2, hóa chất khô ABC, than chì dạng bột, bột đồng hoặc soda (Na2CO3). Nếu đám cháy xảy ra trong khoang máy bay, FAA hướng dẫn tiếp viên hàng không sử dụng nước hoặc soda. Các bình cữu hỏa gốc nước dễ kiếm nhất và phù hợp vì Li-ion chứa rất ít kim loại lithium và không phản ứng với nước. Nước cũng làm mát khu vực lân cận và ngăn không cho đám cháy lan rộng. Các phòng thí nghiệm và nhà máy cũng sử dụng nước để dập tắt đám cháy pin Li-ion.
Cách xử lý khi pin sạc bốc cháy trên khoang máy bay
Phi hành đoàn không thể tiếp cận khu vực chứa hàng của máy bay chở khách trong khi bay. Để đảm bảo an toàn trong trường hợp hỏa hoạn, máy bay dựa vào hệ thống chữa cháy. Halon là hệ thống chữa cháy thông dụng, nhưng chất này có thể không đủ để dập tắt đám cháy Li-ion trong khoang hàng hóa. Các thử nghiệm của FAA phát hiện ra rằng khí halon chống cháy được lắp đặt trong khu vực hàng hóa của máy bay không thể dập tắt đám cháy pin khi chúng kết hợp với các vật liệu dễ cháy khác, chẳng hạn như mỹ phẩm mà hành khách thường mang theo. Tuy nhiên, hệ thống này có tác dụng ngăn chặn đám cháy lan sang các vật liệu dễ cháy lân cận như bìa cứng hoặc quần áo.
Các hóa chất chữa cháy tiên tiến dập được lửa từ đám cháy pin li-ion
Dập lửa pin li-ion bằng AVD
Với việc sử dụng pin Li-ion ngày càng tăng, các phương pháp chữa cháy lithium được cải tiến đã được phát triển. Chất chữa cháy Aqueous Vermiculite Dispersion (AVD) phân tán vermiculite đã được tách ra bằng hóa chất dưới dạng sương mù, hiện thể hiện hiệu quả tốt hơn so với các Phương pháp khác. Bình chữa cháy AVD có sẵn trong bình xịt 400ml cho đám cháy nhỏ; loại bình AVD cho nhà kho và nhà máy; hệ thống xe đẩy AVD 50 lít cho đám cháy lớn hơn và hệ thống mô-đun có thể mang vận chuyển bằng xe tải.
Dập lửa pin li-ion bằng Extover
Extover® là một chất chữa cháy khác có tác dụng dập tắt và triệt tiêu đám cháy Li-ion thông qua việc cô lập nguồn lửa. Có thể dùng tay, xô hoặc xẻng để ném lên pin đang cháy. Kích thước hạt hình cầu có thể thay đổi từ 0,04mm đến 2mm để phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Extover® cho phép cục pin cháy an toàn với lớp phủ đồng nhất vì không dễ dập tắt cục pin Li-ion đang cháy. Extover® không chứa thành phần hóa học, được làm từ 100% vật liệu tái chế sau khi sử dụng và phù hợp với pin nhỏ và lớn. Vật liệu có thể tái sử dụng nếu sạch.
Dập lửa pin li-ion bằng cát đựng trong thùng chống cháy
Một chất chống cháy hiệu quả và dễ kiếm là cát được chứa trong thùng chống cháy. Trong trường hợp hỏa hoạn, pin đang cháy được chuyển vào thùng và phủ cát để có thể kiểm soát quá trình cháy. Cát cũng có thể được ném lên trên pin nóng để ngăn lửa lan rộng. Cát nặng hơn khoảng ba lần so với Extover®.
Dập lửa pin li-ion diện rộng bằng nước
Một đám cháy Li-ion lớn, chẳng hạn như trong xe điện, sẽ cần thời gian để cháy hết. Có thể sử dụng nước có vật liệu đồng, nhưng có thể không có sẵn và tốn kém cho các đội cứu hỏa. Ngày càng có nhiều chuyên gia khuyên nên sử dụng nước ngay cả với các đám cháy Li-ion lớn. Nước làm giảm nhiệt độ cháy nhưng không được khuyến khích đối với các đám cháy pin lithium kim loại (pin này khác với pin li-ion, cần phân biệt kỹ).
Nghiên cứu của IdTechEx cho thấy 17% vụ cháy EV xảy ra trong quá trình lái xe thông thường; 25% khi sạc; 20% trong vụ va chạm; và 4% khi để pin tiếp xúc quá mức với không khí hoặc nước. Báo cáo cho biết cháy EV nghiêm trọng hơn so với các loại xe ICE thông thường. Một vụ cháy Tesla Model S cần gần 30.000 gallon (hơn 100.000 lít) nước để dập tắt đám cháy do cháy lại và cháy liên tục trong bốn giờ. Để so sánh, một vụ cháy xe thông thường với động cơ ICE có thể dập tắt bằng khoảng 300 gallon (> 1.000 lít) nước. Biện pháp khắc phục cháy EV thường là thay đổi phần mềm để giảm dung lượng pin xuống 90%. Ngoài ra, cũng có một số lỗi sản xuất hiếm gặp ở các cell. IDTechEx dự kiến cần tăng cường các quy định chặt chẽ hơn về thiết kế với việc sử dụng nhiều vật liệu chống cháy hơn.
Dập lửa pin lithium kim loại bằng bình chữa cháy loại D
Khi gặp hỏa hoạn với pin lithium-kim loại (không phải pin li-ion), chỉ sử dụng bình chữa cháy Loại D. Lithium-kim loại chứa nhiều lithium phản ứng với nước và nước sẽ khiến đám cháy trở nên tồi tệ hơn. Khi số lượng xe điện tăng lên, các phương pháp dập tắt đám cháy cũng sẽ phát triển theo.
Trong quá trình thermal runaway, nhiệt độ cao của cell hỏng bên trong một cụm pin có thể lan sang các cell tiếp theo, khiến chúng cũng trở nên không ổn định về nhiệt. Một phản ứng dây chuyền có thể xảy ra trong đó mỗi cell sẽ tự phân hủy nhanh chậm khác nhau. Do đó, một cụm pin có thể bị phá hủy trong vài giây nhưng đôi khi quá trình này vẫn tiếp diễn nhiều giờ sau. Đó là lý do tại sao khống chế đám cháy pin này lại khó khăn đến vậy.
Khí thải ra từ một cell pin Li-ion chủ yếu là carbon dioxide (CO2). Các loại khí khác hình thành qua quá trình gia nhiệt là chất điện phân bay hơi bao gồm hydro florua (HF) từ 20–200mg/Wh và phosphoryl florua (POF3) từ 15–22mg/Wh. Các loại khí cháy cũng bao gồm các sản phẩm cháy và dung môi hữu cơ.
Kiến thức về độc tính của chất điện phân cháy còn hạn chế và độc tính có thể cao hơn so với các chất dễ cháy thông thường. Cần di tản khỏi khu vực nếu có khói và khí. Khí và khói trong phòng kín như máy bay, tàu ngầm và hầm mỏ sẽ gây ra nguy cơ tiềm ẩn cho sức khỏe.
Trong khi pin lithium được nghiên cứu kỹ lưỡng về độ an toàn, pin niken và chì cũng gây ra hỏa hoạn và đang dần dần ít sử dụng hơn. Nguyên nhân cháy của các pin này thường tới từ bộ tách bị lỗi do pin lão hóa, xử lý thô bạo, rung lắc quá mức và hoạt động ở nhiệt độ cao. Pin lithium-ion đã trở nên rất an toàn và các hỏng hóc liên quan đến nhiệt hiếm khi xảy ra khi sử dụng đúng cách.
Kết luận: Hướng dẫn đơn giản để sử dụng pin Lithium-ion
- Pin Li-ion hỏng sẽ bắt đầu xì, phồng lên và rò rỉ chất điện phân.
- Chất điện phân bao gồm muối lithium (lithium hexafluorophosphate LiPF6) trong dung môi hữu cơ và rất dễ cháy. Chất điện phân cháy có thể cháy lan sang các vật bắt cháy khác.
- Đám cháy pin Li-ion có thể dập tắt bằng nước hoặc sử dụng bình chữa cháy thông thường. Chỉ sử dụng bình chữa cháy Loại D cho các đám cháy lithium-kim loại vì nước phản ứng với lithium. (Li-ion chứa ít kim loại lithium phản ứng với nước.)
- Nếu không có bình chữa cháy Loại D, hãy dập lửa lithium-kim loại bằng nước để ngăn lửa lan rộng.
- Để có kết quả dập lửa Li-ion tốt nhất, hãy sử dụng bình chữa cháy bọt, CO2, hóa chất khô ABC, than chì dạng bột, bột đồng hoặc soda (natri cacbonat) như cách bạn dập tắt các đám cháy dễ cháy khác. Chỉ sử dụng bình chữa cháy Loại D cho các đám cháy lithium-kim loại.
- Nếu không thể dập tắt đám cháy của pin lithium-ion đang cháy, hãy để pin cháy hết theo cách có kiểm soát và an toàn.
- Hãy chú ý cẩn trọng do đám cháy có thể kéo dài và phát nổ trong nhiều giờ, ngay kể cả khi đã dập xong rồi.
