دلایل آتش‌سوزی و انفجار باتری‌های لیتیوم یون

جالب است بدانید سالانه بیش از 2.5 میلیارد باتری لیتیوم یون در جهان تولید می‌شود. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که تقریبا در تمام تجهیزات و وسایلی که استفاده می‌کنیم، از تلفن‌های همراه تا ابزارآلات مختلف یا حتی وسایل‌ نقلیه، از باتری لیتومی استفاده شده است. به همین جهت، آگاهی از خطرات احتمالی این باتری‌ها مثل آتش‌سوزی یا انفجار اهمیت بسیاری دارد. در این مطلب از مقالات گنجینه پاوان به بررسی آتش‌سوزی و انفجار باتری‌های لیتیوم یون و نکات ایمنی مرتبط با آن‌ها می پردازیم.

باتری لیتیوم یون چیست و چه کاربردهایی دارد؟

باتری لیتیوم یون (lithium-ion battery) نوعی باتری قابل شارژ بوده که از یون‌های لیتیوم برای ذخیره و آزادسازی انرژی الکتریکی استفاده می‌کند. به دلیل چگالی انرژی بالا، طول عمر طولانی و طراحی سبک وزن، باتری های لیتیومی به طور گسترده در دستگاه‌ها و تجهیزات الکترونیکی مختلف استفاده می‌شوند. این باتری‌ها در وسایل الکترونیکی مانند گوشی موبایل، تبلت، لپ‌تاپ، هدفون بی‌سیم و خودروهای برقی مانند تسلا، دوچرخه‌ها و اسکوترهای برقی و… به کار می‌روند.

ساختار و عملکرد باتری‌های لیتیوم یون

برای درک خطرات احتمالی باتری‌های لیتیوم یون، باید بدانیم این باتری‌ها چگونه ساخته شده و کار می‌کنند. ساختار اصلی یک باتری لیتیوم یونی از سه جزء اصلی تشکیل شده است: یک الکترود مثبت (کاتد)، یک الکترود منفی (آند)، یک الکترولیت (که یون‌ها را جابه‌جا می‌کند) و یک صفحه جداکننده (که از تماس مستقیم بین آند و کاتد جلوگیری می‌کند). کاتد معمولاً از جنس اکسید کبالت لیتیوم، فسفات آهن لیتیوم یا سایر ترکیبات مبتنی بر لیتیوم ساخته شده و آند معمولاً از جنس گرافیت است.

عملکرد باتری لیتیوم یون به این صورت است که هنگام شارژ شدن، یون‌های لیتیوم از کاتد به آند منتقل شده و هنگام استفاده (دشارژ)، این یون‌ها به سمت کاتد بازمی‌گردند. این جابه‌جایی یون‌ها، انرژی الکتریکی مورد نیاز تجهیزات را فراهم می‌کند. اگر هر یک از اجزای باتری به‌درستی کار نکند یا شرایط عملکردی آن از محدوده ایمن فراتر برود، عملکرد باتری دچار اختلال خواهد شد. از جمله این اختلال‌ها می‌توان به داغ شدن بیش از حد، بروز اتصال کوتاه داخلی، نشت مواد شیمیایی یا تجزیه ترکیبات فعال درون باتری اشاره کرد که در نهایت ممکن است منجر به آتش‌سوزی یا انفجار شود.

علل انفجار باتری های لیتیوم یون

باتری‌های لیتیوم یونی به‌طور کلی باتری‌های ایمنی هستند؛ اما برخی عوامل می‌تواند آن‌ها را مستعد آتش‌سوزی کند. در ادامه در مورد این عوامل توضیح می‌دهیم.

نقص فنی

یکی از اصلی‌ترین دلایل انفجار باتری‌های لیتیومی، نقص‌های فنی در طی فرایند تولید است. این نقص‌ها ممکن است به دلیل طراحی ضعیف، استفاده از مواد بی‌کیفیت یا نبود کنترل کیفی دقیق در کارخانه‌ها ایجاد شوند. بسیاری از باتری‌های ارزان‌قیمت یا تولید شده توسط برندهای نامعتبر، فاقد تست‌های ایمنی کافی هستند. همین موضوع احتمال بروز نقص فنی و در نتیجه انفجار را افزایش می‌دهد. چنین نقص‌هایی معمولاً بلافاصله خود را نشان نداده و ممکن است پس از چند هفته یا ماه استفاده، ناگهان حادثه‌ساز شوند.

آسیب فیزیکی

هرچند باتری‌های لیتیومی با بدنه مقاومی طراحی شدند، اما وارد شدن ضربه یا سوراخ شدن آن‌ها می‌تواند بسیار خطرناک باشد. مثلاً اگر براثر ضربه، جداکننده داخلی پاره باتری شود و آند و کاتد مستقیماً با هم تماس پیدا کنند، باتری وارد وضعیت فرار حرارتی شده و در عرض چند ثانیه ممکن است دچار آتش‌سوزی یا انفجار شود.

افزایش بیش از حد دما

گرما یکی از بزرگ‌ترین دشمنان باتری‌های لیتیومی‌ست. زمانی که دمای باتری به دلایلی مانند استفاده بیش از حد، شارژ طولانی‌مدت یا قرار گرفتن در معرض نور مستقیم خورشید بالا می‌رود، فرایندهای شیمیایی داخل باتری سریع‌تر می‌شود. همچنین اگر دما از حد خاصی بالاتر برود (معمولاً بالاتر از 60 درجه سانتی‌گراد)، احتمال فرار حرارتی بیشتر می‌شود. در وضعیت فرار حرارتی، واکنش‌های داخلی گرمای بیشتری تولید کرده و باتری دیگر نمی‌تواند خودش را خنک کند. درنهایت این چرخه تا حدی ادامه پیدا می‌کند که مواد داخل باتری مشتعل می‌شوند.

شارژ یا دشارژ بیش از حد

باتری‌های لیتیومی در محدوده ولتاژ مشخصی کار می‌کنند. اگر این ولتاژ از طریق شارژ بیش از حد (Overcharging) یا دشارژ کامل (Deep Discharge) از حالت استاندارد خارج شود، ساختار داخلی باتری آسیب می‌بیند. امروزه، در برخی از باتری‌ها به جهت جلوگیری از مشکلات مربوط به شارژ، مدارهای محافظی برای قطع خودکار جریان هنگام رسیدن به مرزهای خطرناک قرار دادند.

شارژر نامناسب

برخی از افراد ممکن است از شارژرهای ارزان قیمت استفاده کنند؛ این شارژرها اغلب تقلبی یا بی‌کیفیت هستند و ممکن است ولتاژ یا شدت جریانی بیش از حد مجاز به باتری وارد کنند. در نتیجه، فرایند شارژ به‌صورت غیراستاندارد انجام شده و دمای باتری بالا می‌رود. در مواردی نیز مشاهده شده که شارژرهای متفرقه به دلیل نبود محافظ جریان، باتری را به‌طور کل خراب کردند.

استفاده بیش از تاریخ مصرف و فرسودگی

باتری‌های لیتیوم یون دارای طول عمر مشخصی بوده و معمولاً دارای 300 تا 1000 چرخه (سایکل) شارژ هستند.

بعد از این مقدار، ظرفیت آن‌ها کاهش یافته و مقاومت داخلی افزایش می‌یابد. باتری فرسوده معمولا به‌راحتی داغ شده و شارژ نمی‌دارد. توصیه می‌شود باتری‌ها را بعد از چند سال استفاده (معمولاً بین 2 تا 4 سال) حتی در صورت عملکرد ظاهری مناسب، تعویض کنید.

اقدامات ایمنی برای جلوگیری از انفجار باتری‌های لیتیوم یون

با رعایت چند اصل ساده اما مهم، می‌توان احتمال بروز آتش‌سوزی در باتری‌ها را به‌شدت کاهش داد. این موارد شامل:

1. استفاده از تجهیزات اصل و باکیفیت: چه شارژر، چه کابل و چه خود باتری، باید همگی از برندهای معتبر باشند. شارژرهای متفرقه با اینکه ارزان‌تر هستند، اما ایمنی‌های لازم را نداشتو قابل اعتماد نیستند.
2. نظارت بر دما و تهویه دستگاه: سعی کنید هنگام شارژ، دستگاه را روی سطوحی قرار دهید که جریان هوا وجود داشته باشد. هرگز هنگام شارژ دستگاه را زیر بالش یا پتو نگذارید.
3. خاموش کردن دستگاه هنگام شارژ طولانی‌مدت: این کار به‌خصوص در شب، به کاهش تولید گرما و داغ نشدن باتری کمک می‌کند.
4. استفاده یا نگهداری باتری در شرایط مناسب: بهتر است وسایلی که باتری دارند را در دمای متعادل نگه دارید.

همچنین بخوانید: انواع حریق و راه‌های کنترل آن

روش‌های اطفای حریق باتری‌های لیتیومی

آتش‌سوزی ناشی از باتری‌های لیتیوم یون از نوع آتش‌سوزی‌های معمولی نیست و نباید برای خاموش کردن آن از آب استفاده کرد. ریختن آب روی چنین حریقی باعث تولید گاز هیدروژن و تنها شعله‌ورتر شدن آن می‌شود. بهترین روش برای خاموش کردن آتش ناشی از باتری‌های لیتیومی، استفاده از خاموش‌کننده‌های مخصوص کلاس D یا فلزات قابل اشتعال است. این نوع خاموش‌کننده‌ها برای فلزاتی مانند لیتیوم، سدیم و منیزیم طراحی شده و با ایجاد یک پوشش خفه‌کننده، شعله را مهار می‌کنند. در محیط‌های خانگی یا اداری که خاموش‌کننده کلاس D موجود نیست، می‌توان از خاموش‌کننده‌های پودر خشک چندمنظوره یا همان کپسول ABC استفاده کرد.

فراموش نکنید که اگر آتش شعله‌ور شد یا تجهیزات اطفای حریق نداشتید، سریع محل را ترک کرده و با آتش‌نشانی تماس بگیرید.

جهت آشنایی با طرز استفاده از کپسول آتش نشانی، مقاله آموزش نحوه استفاده از کپسول آتش نشانی را مطالعه کنید.

نتیجه‌گیری

باتوجه ‌به استفاده گسترده از باتری‌های لیتیوم یون در انواع وسایل الکترونیکی و حمل‌ونقل، آگاهی از خطرات احتمالی آن‌ها از جمله آتش‌سوزی و انفجار اهمیت دارد. این خطرات عمدتاً به دلایلی مانند نقص تولید، آسیب فیزیکی، گرمای بیش از حد، شارژ نادرست یا استفاده از تجهیزات نامرغوب اتفاق می‌افتند. با این حال، رعایت توصیه‌های ایمنی ساده و استفاده از باتری‌ها و شارژرهای استاندارد می‌تواند نقش مؤثری در جلوگیری از بروز این حوادث داشته باشد.