低压环境下新型清洁灭火剂抑灭锂离子电池火试验
发布时间：2021-01-24 23:47
为研究可替代哈龙的新型气体灭火剂2-溴-3,3,3三氟丙烯（2-BTP）抑制和扑灭航空货运锂离子电池火的有效性,基于动压变温试验舱和灭火系统开展试验。在80k Pa、60 k Pa和40 k Pa低压环境下对100%电量的21700锂离子电池用加热棒进行加热并引发其热失控,同时启动灭火系统释放灭火剂。在试验过程中实时采集记录锂离子电池的温度、热失控现象,以及舱内环境空气中CO体积分数的变化。结果表明,2-BTP灭火剂在低压环境下能有效扑灭锂离子电池火且无复燃,减少CO的生成量,同时能够抑制相邻锂离子电池间的热传播,从而阻止连锁热失控。
【文章来源】：安全与环境学报. 2020,20(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
FRC 2000动压变温舱和灭火装置
在空白试验中，80 k Pa(工况1)、60 kPa(工况2)和40 kPa(工况3)的试验现象相似，首先都是1号电池发生热失控燃爆引起热传播，热传播导致2号电池也发生热失控燃爆。由图4可知，锂离子电池的热失控过程可分为5个阶段:1)温度快速上升;2)安全阀打开释放烟气;3)燃爆;4)起火或复燃;5)熄灭。以工况1(80 k Pa)为例进行分析。开始时电加热棒通电加热通过侧表面接触将热量传递给1号电池。在阶段1)至阶段2)的过程中，由于长时间受热，电池内部积蓄了足够热量使阻隔电解液与负极嵌锂的SEI膜发生分解，造成二者接触而发生剧烈化学反应。同时正极材料受热分解导致短路，大量电能转化为热能，电池快速升温，并产生CO2、CO、H2和烷烃类可燃性气体[11]。电池内部压力逐渐升高，最终使安全阀打开，发生如图4(b)所示的剧烈燃爆。图3 电池排列方式
图2 试验布置图在阶段4)，电池内部持续释放大量可燃性气体，与外部氧气混合后被点燃，随即起火燃烧。随着1号电池燃烧殆尽，明火完全熄灭。2号电池从1号电池的热量传递中积蓄了大量热量，电池内部发生剧烈反应，539 s时安全阀打开释放大量浓烟，18 s后2号电池发生燃爆，起火25 s后熄灭。在80 kPa和60 kPa条件下1号和2号电池火熄灭后都发生了复燃;由于40 kPa时空气中的氧气浓度远低于80kPa和60 k Pa时，在之前电池燃爆起火时也消耗了大量氧气，此时氧气浓度达不到着火的临界值，没有发生复燃。
【参考文献】：
期刊论文
[1]18650型锂离子电池燃烧特性及火灾危险性评估[J]. 王文和,何腾飞,米红甫,秦毅,龚迎秋,汪庆升. 安全与环境学报. 2019(03)
[2]多种灭火剂扑救大容量锂离子电池火灾的实验研究[J]. 刘昱君,段强领,黎可,陈昊东,王青松. 储能科学与技术. 2018(06)
[3]包装性能对空运锂电池热失控影响的定量研究[J]. 张青松,郭超超,姜乃文,曹文杰. 安全与环境学报. 2018(02)
[4]民用飞机哈龙灭火剂限制政策研究[J]. 窦欣. 科技视界. 2017(08)
[5]新型环保灭火剂手提式灭火器在民用飞机中的应用研究[J]. 吴武华. 科技风. 2016(08)
[6]新一代哈龙替代灭火剂研究进展[J]. 杜建科. 化工新型材料. 2013(08)
博士论文
[1]锂离子电池火灾危险性及热失控临界条件研究[D]. 黄沛丰.中国科学技术大学 2018
[2]若干哈龙替代物抑制碳氢火焰的机理研究[D]. 徐武.中国科学技术大学 2017
本文编号：2998152
【文章来源】：安全与环境学报. 2020,20(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
FRC 2000动压变温舱和灭火装置
在空白试验中，80 k Pa(工况1)、60 kPa(工况2)和40 kPa(工况3)的试验现象相似，首先都是1号电池发生热失控燃爆引起热传播，热传播导致2号电池也发生热失控燃爆。由图4可知，锂离子电池的热失控过程可分为5个阶段:1)温度快速上升;2)安全阀打开释放烟气;3)燃爆;4)起火或复燃;5)熄灭。以工况1(80 k Pa)为例进行分析。开始时电加热棒通电加热通过侧表面接触将热量传递给1号电池。在阶段1)至阶段2)的过程中，由于长时间受热，电池内部积蓄了足够热量使阻隔电解液与负极嵌锂的SEI膜发生分解，造成二者接触而发生剧烈化学反应。同时正极材料受热分解导致短路，大量电能转化为热能，电池快速升温，并产生CO2、CO、H2和烷烃类可燃性气体[11]。电池内部压力逐渐升高，最终使安全阀打开，发生如图4(b)所示的剧烈燃爆。图3 电池排列方式
图2 试验布置图在阶段4)，电池内部持续释放大量可燃性气体，与外部氧气混合后被点燃，随即起火燃烧。随着1号电池燃烧殆尽，明火完全熄灭。2号电池从1号电池的热量传递中积蓄了大量热量，电池内部发生剧烈反应，539 s时安全阀打开释放大量浓烟，18 s后2号电池发生燃爆，起火25 s后熄灭。在80 kPa和60 kPa条件下1号和2号电池火熄灭后都发生了复燃;由于40 kPa时空气中的氧气浓度远低于80kPa和60 k Pa时，在之前电池燃爆起火时也消耗了大量氧气，此时氧气浓度达不到着火的临界值，没有发生复燃。
【参考文献】：
期刊论文
[1]18650型锂离子电池燃烧特性及火灾危险性评估[J]. 王文和,何腾飞,米红甫,秦毅,龚迎秋,汪庆升. 安全与环境学报. 2019(03)
[2]多种灭火剂扑救大容量锂离子电池火灾的实验研究[J]. 刘昱君,段强领,黎可,陈昊东,王青松. 储能科学与技术. 2018(06)
[3]包装性能对空运锂电池热失控影响的定量研究[J]. 张青松,郭超超,姜乃文,曹文杰. 安全与环境学报. 2018(02)
[4]民用飞机哈龙灭火剂限制政策研究[J]. 窦欣. 科技视界. 2017(08)
[5]新型环保灭火剂手提式灭火器在民用飞机中的应用研究[J]. 吴武华. 科技风. 2016(08)
[6]新一代哈龙替代灭火剂研究进展[J]. 杜建科. 化工新型材料. 2013(08)
博士论文
[1]锂离子电池火灾危险性及热失控临界条件研究[D]. 黄沛丰.中国科学技术大学 2018
[2]若干哈龙替代物抑制碳氢火焰的机理研究[D]. 徐武.中国科学技术大学 2017
本文编号：2998152
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