Litij-ionske baterije napajaju širok raspon suvremenih tehnologija, od pametnih telefona do električnih vozila (EV). Međutim, njihova raširena uporaba skrenula je pozornost na sigurnosne rizike, osobito na opasnost od toplinskog bijega – lančane reakcije u kojoj unutarnje pregrijavanje može dovesti do zapaljenja i intenzivnih požara koje je teško ugasiti.
Trenutačni trendovi pokazuju porast broja požara litij-ionskih baterija. Samo u Ujedinjenom Kraljevstvu vatrogasne službe zabilježile su 2023. godine porast takvih požara od 46 % u odnosu na prethodnu godinu, i to na uređajima poput električnih bicikala, električnih romobila i električnih vozila. To naglašava hitnu potrebu za naprednim sigurnosnim mjerama koje će učinkovito ograničiti te rizike.
Kako vatrostalni materijali prekidaju lančanu reakciju
Do toplinskog bijega dolazi kada se litij-ionska baterija ošteti ili nastane kratki spoj, čime se pokreće povratna sprega topline i kemijskih reakcija koja može dovesti do požara ili eksplozije. U baterijskim paketima električnih vozila (EV), koji se sastoje od velikog broja međusobno povezanih malih ćelija, problem u jednoj ćeliji može se brzo proširiti na cijeli paket ako nije pravilno izolirana.
Vatrostalni materijali imaju ključnu ulogu u ograničavanju toplinskog bijega jer pružaju visoku otpornost na toplinu i djeluju kao fizičke barijere koje pomažu zadržati i suzbiti širenje topline i plamena. Ti materijali povećavaju sigurnost od požara usporavanjem širenja toplinskog bijega i pružaju putnicima dragocjeno vrijeme za napuštanje vozila.
Iako nijedna tehnologija ne može potpuno spriječiti toplinski bijeg, ugradnja vatrostalnih materijala u baterijske sustave električnih vozila i industrijske sustave za pohranu znatno poboljšava zadržavanje požara i upravljanje toplinom. Ovaj članak predstavlja ključna vatrostalna rješenja osmišljena za povećanje sigurnosti litij-ionskih baterija i smanjenje posljedica toplinskog bijega u električnim vozilima i industrijskim sustavima za pohranu.
Ključna vatrostalna rješenja za protupožarnu zaštitu litijskih baterija
Izolacijska ploča od kalcijeva silikata
Primjena: Vitcas ploča od kalcijeva silikata, zahvaljujući svojoj otpornosti na toplinu i izolacijskim svojstvima, izvrsna je za oblaganje baterijskih prostora u električnim vozilima. Ova izolacijska ploča podnosi visoke temperature do 1100 °C i može služiti kao pouzdana toplinska barijera.
Prednosti:
- Ove ploče povećavaju toplinsku stabilnost sprječavanjem širenja topline između ćelija, čime poboljšavaju sigurnost i produljuju vijek trajanja baterije u okruženjima s visokim temperaturama.
- Građevinska ploča za kamine pruža učinkovitu toplinsku izolaciju, ograničava prekomjeran prijenos topline i povećava sigurnost baterije.
Biorazgradiva izolacijska deka s aluminijskom folijom
Primjena: Vitcas biorazgradiva deka s aluminijskom folijom služi kao toplinska barijera u baterijskim sustavima električnih vozila. Jezgra od biorazgradivih vlakana osigurava izolaciju i otpornost na ekstremne temperature, dok aluminijska folija reflektira toplinsko zračenje, zbog čega je prikladna za postavljanje između ćelija ili kao vanjski sloj baterijskih paketa.
Prednosti:
- Podnosi visoke temperature do 1200 °C i sprječava širenje topline tijekom toplinskog bijega.
- Aluminijska folija poboljšava refleksiju i zadržavanje topline.
- Lagana je, jednostavno se ugrađuje i ekološki je prihvatljiva, pa omogućuje učinkovito upravljanje toplinom bez znatnog povećanja mase.
Izolacija obložena aluminijem
Primjena: Vitcas izolacijski filc obložen aluminijem idealan je za omatanje baterijskih paketa električnih vozila ili pojedinačnih ćelija, gdje pruža dodatni sloj toplinske zaštite radi zadržavanja topline i sprječavanja toplinskog bijega. Sloj aluminijske folije djeluje kao dodatni zaštitni štit koji reflektira toplinsko zračenje.
Prednosti:
- Smanjuje prijenos topline između ćelija i okolnih komponenti.
- Lagan je i fleksibilan, što omogućuje jednostavnu primjenu u kompaktnim baterijskim prostorima.
- Povećava sigurnost djelujući kao visokotemperaturni toplinski štit do 550 °C (toplinska otpornost sloja aluminijske folije iznosi 300 °C).
Protupožarna zaštita litijskih baterija u industrijskim skladištima
U industrijskim okruženjima, primjerice u tvornicama i skladištima, protupožarna zaštita litij-ionskih baterija zahtijeva kombinaciju vatrostalnih rješenja:
Izolacijska ploča od kalcijeva silikata
Primjena: Vitcas izolacijska ploča od kalcijeva silikata idealna je za oblaganje zidova, podova i stropova prostora za skladištenje litijskih baterija, gdje stvara izdržljivu barijeru otpornu na toplinu radi zaštite od požara.
Prednosti:
- Pruža izvrsnu toplinsku izolaciju i ograničava prijenos topline između uskladištenih baterija.
- Zadržava strukturnu cjelovitost pri visokim temperaturama do 1100 °C, čime osigurava dugoročnu pouzdanost.
- Lagana je i jednostavna za ugradnju te prikladna za skladišne prostore izrađene po mjeri.
Biorazgradiva izolacijska deka s aluminijskom folijom
Primjena: Vitcas biorazgradiva deka s aluminijskom folijom namijenjena je omatanju i izoliranju pojedinačnih paketa litijskih baterija te pruža izvrsnu toplinsku izolaciju i zadržavanje topline unutar skladišnih jedinica.
Prednosti:
- Stvara barijeru otpornu na visoke temperature do 1200 °C, izolira baterijske pakete i ograničava širenje topline.
- Sloj aluminijske folije reflektira toplinsko zračenje te poboljšava zadržavanje topline i upravljanje njome.
- Lagana je, fleksibilna i jednostavna za primjenu, što omogućuje učinkovito uređenje skladišnog prostora.
Izolacija obložena aluminijem
Primjena: Vitcas filc obložen aluminijskom folijom idealan je za omatanje baterijskih prostora ili cijelih skladišnih jedinica te služi kao učinkovit štit od toplinskog zračenja i kao toplinska izolacija. Izolacijski filc otporan je na temperature do 550 °C, dok aluminijski sloj podnosi temperature do 300 °C.
Prednosti:
- Kombinira pouzdanu toplinsku izolaciju s refleksijom toplinskog zračenja i smanjuje nakupljanje topline.
- Fleksibilan je i jednostavno se ugrađuje, pa se prilagođava različitim konfiguracijama skladišnih prostora.
- Lagan je i izdržljiv te pruža dodatni sloj toplinske zaštite za sustave skladištenja litijskih baterija.
Savjet stručnjaka: Pravilna podjela skladišnih jedinica u zasebne odjeljke ograničava širenje topline i plamena između baterija. Tim se pristupom osigurava učinkovita protupožarna zaštita, povećava sigurnost osoblja i opreme te smanjuje rizik od štete uzrokovane požarom u prostorima za skladištenje litij-ionskih baterija.
Zaštita od toplinskog bijega u električnim vozilima
Toplinske barijere
Za integrirano rješenje kombinirajte biorazgradivu deku s oblogom otpornom na visoke temperature, primjerice izolacijom dimovodne cijevi obloženom aluminijem, kako biste u baterijskim prostorima stvorili toplinske barijere. Te toplinske barijere pomažu ograničiti prijenos topline između ćelija, a u slučaju požara litij-ionske baterije putnicima pružaju više vremena za sigurno napuštanje vozila ili skladišnog prostora.
Brtvljenje zazora
Pravilno brtvljenje sprječava širenje požara litijskih baterija unutar baterijskog paketa. Nova inovativna rješenja usmjerena su na stvaranje zabrtvljenog kućišta koje je vodonepropusno i sprječava kratke spojeve. To zahtijeva pažljivu procjenu brtvene površine baterijskog paketa, koja mora biti usklađena s konstrukcijom kućišta i brtvenim prstenom. Za postizanje tog rezultata ključna je precizna strojna obrada gornjeg poklopca i donjeg dijela kućišta baterije. Osim toga, nanošenje brtvila, poput ljepila Vitcas CFA Adhesive, na metalne dijelove koji se spajaju te uporaba kompresijskih brtvi od prikladnih materijala, kao što je EPDM guma, pomažu u održavanju nepropusne toplinske barijere otporne na visoke temperature.
Novi trendovi u sigurnosnom projektiranju električnih vozila
Proizvođači u sigurnosna rješenja za baterije sve češće uključuju inovativne materijale, među kojima su:
Kompresijski jastučići:
- Kompresijski jastučići pružaju strukturnu potporu i protupožarnu zaštitu za vrećaste baterijske ćelije. Održavaju toplinsku i električnu povezanost u paketima litij-ionskih baterija, a istodobno omogućuju širenje tijekom punjenja ili pri ekstremnim temperaturama. Istraživanja pokazuju da primjena niskog do srednjeg tlaka (od 0,08 MPa do 0,4 MPa) može produljiti vijek trajanja baterije optimiziranjem procesa starenja. U kombinaciji s negorivim slojevima otpornima na toplinu kompresijski jastučići povećavaju sigurnost i izoliranjem od toplinskog bijega, što je ključno svojstvo velikih baterijskih paketa električnih vozila sklonih pregrijavanju. Ta dodatna zaštita pomaže smanjiti rizike i istodobno štiti putnike u vozilu.
Pjene za inkapsulaciju:
- Pjene za inkapsulaciju pružaju laganu toplinsku izolaciju i strukturnu cjelovitost baterijskim paketima s cilindričnim ćelijama. Štite baterijske ćelije od udaraca, smanjuju prijenos topline i pomažu spriječiti toplinski bijeg. Među uobičajenim su materijalima silikon zbog otpornosti na visoke temperature, epoksid zbog čvrstog spoja i poliuretan kao cjenovno pristupačnija, mekša izolacija; svaki se odabire prema specifičnim zahtjevima primjene.
Zaključak: Izgradnja sigurnije budućnosti električnih vozila
Napredak u području vatrostalnih materijala mijenja sigurnost baterija električnih vozila rješavanjem rizika od požara litij-ionskih baterija. Rješenja poput biorazgradive deke, građevinske ploče za kamine i izolacije dimovodne cijevi obložene aluminijem omogućuju proizvođačima električnih vozila izradu robusnijih i sigurnijih baterijskih sustava.
Ovaj integrirani pristup koji se temelji na vatrostalnim materijalima poboljšava upravljanje toplinom i sigurnost baterija, jača povjerenje u tehnologiju električnih vozila i podupire održivi promet. Uvođenjem naprednih sigurnosnih mjera industrija električnih vozila postavlja nove standarde i otvara put prema ekološki prihvatljivijoj i sigurnijoj budućnosti prometa.
