Sikker lagring av litium-ion batterier
Litium-ion batterier er en relativt ny teknologi. Siden introduksjonen på begynnelsen av 1990-tallet, har de imidlertid dominert markedet for energilagring, og gradvis erstattet gamle teknologier. I dag er litiumbatterier uunnværlige for hverdagen vår – og med god grunn: De har høy energitetthet, er svært effektive og er derfor interessante for en rekke bruksområder. Ikke bare smarttelefoner og nettbrett får energien sin fra litiumceller, de spiller også en viktig rolle på området elektromobilitet, som bl.a. elektriske biler. Lithium energilagringssystemer scorer her høyt, spesielt grunnet deres høye energitetthet med lav vekt og hurtigladingsteknologi.
Myntens bakside: Med jevne mellomrom hører man om farlige hendelser i forbindelse med litium-ion-batterier. I 2017 lagde en brann i parkeringshuset i Hannover overskrifter – det var forårsaket av batteriet til en e-sykkel. I 2018 døde en mann fra Hamburg i en eksplosjon i en batterilader. Det er ingen tvil om det: eksplosjoner og branner av litium-ion-batterier kan ha ødeleggende konsekvenser, forårsake dyre følgeskader og kan i verste fall koste menneskeliv. Derfor oppstår spørsmålet om hvordan man skal håndtere og lagre dem så trygt som mulig.
Slik fungerer et litium-ion-batteri
For å kunne vurdere farene med lagring av litiumenergi, kan kunnskap om hvordan det fungerer være svært nyttig. Viktig å vite: Det eksisterer ikke bare en type litiumbatterier. I stedet eksisterer en rekke forskjellige energilagringssystemer der litium brukes i ren eller bundet form. Et grunnleggende skille skilles mellom primære (ikke-oppladbare) og sekundære (oppladbare) litium-ion-celler. Generelt er det sistnevnte vanligvis ment når vi snakker om litium-ion-batterier.
En batteripakke består av flere celler avhengig av spenningen. Hver litium-ion-celle består av en positiv og negativ elektrode, anoden og katoden. Det er en ion-ledende elektrolytt mellom dem. Dette garanterer transport av litium-ionene mellom elektrodene under lading eller utladningsprosessen. Den mest kjente formen for litium-energilagring er litium-ion-batterier, der en flytende elektrolytt benyttes. En annen viktig komponent er separatoren. Den forhindrer direkte kontakt mellom anoden og katoden og forhindrer dermed en kortslutning. Ved utladning frigjøres litiumioner og elektroner på anodesiden. Elektronene strømmer gjennom den ytre kretsen. Samtidig vandrer litium-ionene over elektrolyttvæsken og gjennom separatoren til katoden. Denne prosessen blir snudd ved lading.
Avhengig av systemet, kan konstruksjonen og materialene som brukes til et litiumionbatteri variere. I litiumpolymer-batteri er elektrolytten integrert i molekylstrukturen til en polymerfilm. Dette gjør det mulig å dispensere fra den separate separatoren. Lagringsenheter for litiumpolymerer kan bare avgi spenning med lave utladninger. Imidlertid tillater polymerfilmen en flat design, og det er grunnen til at slike energilagringsenheter hovedsakelig brukes i mobiltelefoner og bærbare datamaskiner. Tynnfilm-litiumcellen er et energilager der elektrolytten erstattes av en ion-ledende gass. Dette muliggjør bruk av litiummetall og dermed en ekstremt høy energitetthet. Sistnevnte teknologi er i dag en viktig del av forskningen på fremtidens litium-batterier.
Hvor farlige er litium-ion-batterier?
Med dagens produksjonsstandarder er litiumbatterier relativt sikre. Som regel utføres allerede forskjellige sikkerhetstester av produsenten før produkter markedsføres. For eksempel er transport av litiumenergilagringsenheter bare tillatt dersom et testsertifikat i henhold til FN 38.3 er tilgjengelig. For å få dette sertifikatet, må et antall testserier fullføres, der batteriene testes under forskjellige transportforhold. Disse inkluderer:
- Høydesimulering
- Termisk test
- Vibrasjon
- Slag
- Ekstern kortslutning
- Påvirkning / falltest
- Overbelastning
- Hurtigutlading
Siden batteriene kan brukes utenfor belastningsgrensene i slike tester, er de underlagt spesielle sikkerhetsregler. Mange av kundene våre gjennomfører også sine egne tester, for eksempel for å verifisere sikkerheten til batteriene i forbindelse med produktene deres. For å gjøre dette anbefales bruk tekniske romsystemer fra DENIOS som et trygt testmiljø. Er du interessert i å teste litium-energilagring?
Brannfare på grunn av overbelastning eller for høye temperaturer
Dersom lagringsenheter for litiumenergi er overladet eller utsatt for høye temperaturer, kan celler overopphetes. Såkalt termisk runaway er en sterkt eksoterm reaksjon, som kan antenne det lagrede litiumet og utløse en metallbrann. Den høye termiske energien fører i utgangspunktet til fordampning av elektrolytten, som skaper ytterligere varme og brennbare gasser. Hvis antennelsestemperaturen til en gass overskrides, antennes den og setter igjen det reaktive litiumet i brann. Den termiske energien til bare én celle er nok til å varme opp de nærliggende cellene i batteriblokken i en slik grad at det oppstår en kjedereaksjon med alvorlige konsekvenser.
Fare for brann på grunn av dyp utladning
Brann kan også oppstå som et resultat av dyp utladning. Hvis litium-ion-batterier står ubrukt over lengre tid, kan spenningen ende opp under minimum-spenning. Kalde utetemperaturer – for eksempel i vinterhalvåret – kan akselerere denne effekten. Også her brytes elektrolyttvæsken ned, og som et resultat dannes lett brennbare gasser. Hvis det deretter blir gjort et forsøk på å lade de dypt utladede litium-ion-celler, kan den tilførte energien ikke lenger konverteres riktig på grunn av mangel på elektrolyttvæske, og det kan oppstå kortslutning eller brann.
Fare for brann på grunn av mekanisk skade
Ved håndtering av litium-ion-batterier er det alltid en viss risiko for å skade dem. Kollisjoner med kjøretøyer, fall på hardt underlag eller knusing under uegnede lagringsforhold er bare noen få eksempler. Hvis celler blir deformert som et resultat, kan dette føre til interne kortslutninger og brann i batteriet. Forurensning i produksjonen av selve cellene kan heller ikke utelukkes 100%. I sjeldne tilfeller kan uønskede partikler som kommer inn i cellen under produksjonen, gjøre skade fra innsiden over tid. Intern kortslutning kan også forekomme her.
Når et litium-ion-batteri brenner, er det en brann som er vanskelig å slukke. Forsøk på å slukke med inerte midler er stort sett mislykket, siden litium-ion-celler selv genererer oksygenet som kreves for å vedlikeholde brannen. Bare spesielle slukkepulver og granulater er egnet for å bekjempe brann i klasse D. I tilfelle av omfattende spredning kan de imidlertid være et utilstrekkelig tiltak.
Likevel kan det være lurt med forebyggende tiltak, som å holde slukkepulver eller granulat i tilstrekkelige mengder for å forhindre brann i kompakte energilagre, eller for å takle brann direkte dersom det oppstår. Et tiltak kan være å dekke brannen med produkter som Extover granulat, som fortrenger oksygen. Extover smelter som glass ved en viss temperatur. Granulatet fungerer ved at det tar opp mye varme i form av smelteenergi, og avkjøler dermed brannen og danner samtidig en barriere over brannen.
Det er forskjellige synspunkter angående bruken av vann som slokkemiddel. Fordi litium er veldig reaktivt, frarådes man å påføre vann ved en eventuell brann. Nyere forskning tyder imidlertid på at større mengder vann er i stand til å begrense og effektivt bekjempe litiumbranner. Den avkjølende effekten ved bruk av vann, som bremser reaksjonen fra cellene blir her nevnt som en forklaring. Spredningen av brannen kan også reduseres i den grad brannen ikke sprer seg til andre celler. En vesentlig høyere vannmengde er imidlertid nødvendig for å bekjempe en brann enn ved konvensjonelle branner. Ulike tilsetningsstoffer kan tilsettes slukkevannet for å akselerere arbeidet, og om nødvendig for å redusere den nødvendige vannmengden.
Utbrudd av en brann er dessverre ikke den eneste risikoen ved lithium-ion-batterier. Hvis det er en reaksjon, er det også en risiko for at skadelige stoffer som saltsyre eller flusssyre blir utsondret fra innsiden av cellen. Disse kan forekomme i form av damper, og potensielt sett skade mennesker gjennom hudkontakt eller innånding. Under slukkeprosessen kan de fortynnes med slukkevann, sive ned i bakken (dersom egnede oppsamlingsløsninger ikke er tilgjengelig) og dermed forårsake miljøskader.
Forebyggende tiltak
Lagring av litium-ion-batterier er en utfordring for mange selskaper. Farer relatert til lagring og håndtering av litium-ion-batterier må vurderes av den enkelte bedrift, om må være forsvarlig iht. bl.a. HMS-standarder. Det er derfor opp til selskapene selv å bestemme og iverksette passende tiltak. På grunn av det store antallet forskjellige batterityper er det for øyeblikket ikke mulig å komme med generelle uttalelser om passende beskyttelsestiltak og konsepter. En individuell saksvurdering er derfor nødvendig i alle tilfeller. Samarbeid med brannvesenene og myndigheter anbefales ved mer omfattende lagring. Som eksperter på lagring av farlige stoffer er vi selvfølgelig også glade for å hjelpe deg. Bare snakk med oss! Nedenfor finner du en rekke informasjonskilder hvor du også kan få informasjon om sikker lagring av litium-ion-batterier:
Produsentens informasjon
I prinsippet gir produsenten deg generell informasjon om sikker håndtering og lagring av sine produkter – for eksempel om de optimale drifts- og lagringstemperaturene. Disse retningslinjene, som du vanligvis finner i bruksanvisningen og / eller sikkerhetsdatabladene, bør følges strengt. I henhold til § 18 nr. 2 BattG er produsentene også forpliktet til å informere om stoffene som finnes i produktene deres og deres innvirkning på miljøet og menneskers helse. Du kan også trekke konklusjoner av dette i risikovurderingen din.
Medier og publikasjoner
Den daglige pressen tar ofte for seg sikkerhetsaspektene rundt emnet litium-batterier, og deres farer. På grunn av den pågående aktualiteten publiserer spesialist-medier regelmessig tilsvarende artikler. Vi har undersøkt for deg og oppsummert de vanligste tipsene og triksene for korrekt håndtering av litiumbatterier.
Generelt anbefales det å behandle litiumbatterier som et farlig stoff, og dermed utforme håndteringen deretter, dvs. utføre en risikovurdering, å implementere passende tiltak, utarbeide spesifikke sikkerhetsinstruksjoner og å trene de ansatte i korrekt håndtering av de farlige stoffene.
Generelle sikkerhetsinstruksjoner for daglig håndtering av litium-ion-batterier kan oppsummeres i fem punkter:
Unngå termiske Ingen kontakt med Bruk bare egnede Forsiktighet ved Unngå slag og skader
belastninger fuktighet ladere lading
Termiske belastninger kan ikke bare påvirke levetiden, men også sikkerheten til litium-ion-batterier. Ikke utsett energilagringsenheten for høye temperaturer eller varmekilder umiddelbart og permanent. Dette inkluderer også direkte sollys. Langtidseksponering for kulde bør også unngås, siden dette kan resultere i dyp utlading ved bruk. Dersom litiumbatterier blir for dypt utladet, for deretter å kobles til en lader, kan det også oppstå brann. Følg derfor drifts- og lagringstemperaturene som anbefalt av produsenten.
Kontakt med fuktighet (for eksempel ved kondensasjon eller vannsprut) kan føre til en kortslutning av batteriet. Derfor bør du alltid oppbevare litiumbatterier på et tørt sted samt også beskytte de mot fuktighet under transport og bruk.
En av de vanligste årsakene til batteribranner, spesielt i privat sektor, er bruken av inkompatible ladere . Disse kan for eksempel ha en høyere spenning enn hva batteriet er beregnet for, og dermed ødelegge det. Bruk derfor bare ladere som er beregnet for lading av ditt batteri.
I tillegg til å bruke feil lader, er det andre risikoer under ladeprosessen . Ikke lad litiumbatterier for lenge hvis det ikke er særskilt behov for det. Brennbare gjenstander i nærheten er heller ikke en god idé. Hvis mulig, plasser batteriet på betong eller flislagt gulv under ladeprosessen. Hvis du ønsker å lagre batterier i etterkant, anbefales et ladenivå (SoC) på ca. 30%. Dette vil redusere mengden energi som kan forårsake skade i en nødsituasjon. Oppmerksomhet: Det må alltid være en viss minimumspenning for å forhindre dyp utladning. Følg produsentens instruksjoner her.
Mekanisk skade kan føre til at cellene inne i batteriet deformeres og dermed føre til interne kortslutninger. Sørg derfor for at batteriet ikke blir utsatt for slag, støt eller kollisjoner. I tilfeller der et batteri blir skadet, skal batteriet under ingen omstendigheter brukes videre, men umiddelbart fjernes, oppbevares separat til de fjernes og resirkuleres på riktig måte. Som en forholdsregel bør du også sikre polene på skadede batterier, f.eks. ved bruk av lokk over polene. Litiumbatterier skal selvfølgelig ikke demonteres, åpnes eller makuleres.
Spesialtilpassede løsninger fra AQUATIQ
Avhengig av lagringssituasjonen er det viktig å vurdere hvilke farer som kan oppstå med hvilken sannsynlighet og med hvilke konsekvenser. Det er ingen standardløsning her – snarere bør dine individuelle krav evalueres nøyaktig og sikkerhetskonseptet samordnes deretter. Vi hjelper deg gjerne med valg av rett løsning tilpasset ditt behov.
Tekniske romsystemer: Skreddersydd og tilpasset
Den potensielle faren ved lagring av litiumbatterier fører med seg spesielle utfordringer for lagringssystemer. Her tilbyr vi sikkerhetsrom som er spesialdesignet for dette formålet. I tillegg til å garantere 90-minutters brannsikring fra innsiden og utsiden, kan systemene utstyres med en rekke sikkerhetsfunksjoner: Disse inkluderer trykkavlastningsområder i takområdet, teknisk ventilasjon, romovervåkingssystemer (for eksempel gassdeteksjon, temperaturovervåkning eller tidlig branndeteksjon), integrerte oppsamlingskar for optimal sikkerhet ved en eventuell ulykke samt integrerte slokkeanlegg. Hvis du vil teste litium-ion-batterier, designer vi det rette, trygge miljøet for deg. Testrom kan implementeres, for eksempel som et klimakammer,
Nettopp fordi det ikke er standardiserte forskrifter for lagring av litiumbatterier, og ettersom risikoen kan variere veldig avhengig av driften, bør et romsystem alltid tilpasses dine individuelle driftskrav. Derfor jobber vi sammen med deg for å utvikle et optimalt og skreddersydd konsept for ditt lagrings- eller testsystem.
Den nye generasjonen sikkerhetsskap med brannbestandighet fra begge sider
Et effektivt sikkerhetskonsept for lagring og lading må også vurderes for mindre mengder litiumbatterier med lav til middels kraft. Av den grunn har vi utviklet en ny generasjon sikkerhetsskap – med 90 minutter brannbestandighet innenifra og utenifra. I tillegg til brannsikring på begge sider, har vi utstyrt litium-ion skapene med utstyrskomponenter som er spesielt designet for lagring og lading av litiumbatterier. Avhengig av modell har litium-ion-skapene et ekstra sikkerhetssystem for brannundertrykkelse samt overvåkingsteknologi av høy kvalitet som gjør det mulig å bruke dem til overvåket lading av batterier og som et lager for ødelagte / defekte batterier.