Литиевые аккумуляторы широко используются в различной бытовой технике, а также в электромобилях, благодаря высокой энергоёмкости. Однако при определённых условиях литиевые аккумуляторы могут быть опасными.
Ситуация очень серьёзная! При желании можно найти описание многих случаев, когда аккумуляторы самовоспламенялись или взрывались. Попробуем разобраться, почему это происходит и как избежать подобных ситуаций.
Самые известные случаи возгораний
Начнём с того, что попробуем освежить в памяти описания таких происшествий, которые получили очень широкую известность.
Самовозгорание смартфонов Samsung Galaxy Note 7 (2016)
Массовые случаи самопроизвольного возгорания батарей в смартфонах Samsung Galaxy Note 7 привели к отзыву более 2,5 млн устройств.
Инциденты сопровождались пожарами в автомобилях и домах пользователей. Причиной стали дефекты конструкции аккумуляторов, включая короткие замыкания из-за недостаточного пространства между электродами.
Возгорание хранилища Tesla Megapack в Австралии (2021)
Крупный пожар на объекте Tesla Megapack в Виктории (Австралия) произошёл из-за теплового разгона в литий-ионных батареях. Инцидент поднял вопросы о безопасности крупномасштабных систем хранения энергии.
Пожар на заводе Aricell в Южной Корее (2024)
Взрыв и пожар на заводе по производству литиевых батарей Aricell унёс жизни 22 человек. Причиной стал взрыв 35 тысяч аккумуляторных элементов во время тестирования.
Рост числа инцидентов коррелирует с увеличением использования таких технологий.
Какая ситуация в России?
Статистика по России показывает рост инцидентов, особенно с электросамокатами, из-за массового распространения устройств и низкой культуры безопасности. Для электромобилей риски ниже, но последствия пожаров более масштабны.
Основные риски
1. Термический разгон
При перегреве, механическом повреждении или внутреннем коротком замыкании возникает цепная реакция: выделяются газы, растёт температура, возможно возгорание или взрыв. Причинами таких реакций являются перезаряд, глубокий разряд, дефекты производства или повреждение корпуса батареи.
2. Возгорание и взрыв
Литий реагирует с кислородом и водой, выделяя тепло. При повреждении аккумулятора может произойти воспламенение электролита. Примеры: инциденты со смартфонами, а также происшествия с электросамокатами и электромобилями.
3. Токсичные вещества
При разрушении выделяются вредные газы (CO, HF) и химикаты. Вдыхание дыма опасно для здоровья. Неправильная утилизация приводит к загрязнению почвы и воды литием, кобальтом и другими металлами.
Почему это происходит?
Основная причина – это конструктивные особенности. Литиевые батареи хранят много энергии в малом объёме. Для повышения ёмкости элементы батареи упаковывают плотно, что снижает устойчивость к перегреву. Например, в Samsung Galaxy Note 7 дефект конструкции (недостаточный зазор между электродами) вызывал короткое замыкание.
Тонкая полимерная мембрана, разделяющая анод и катод, может повредиться при перезаряде, ударе или нагреве. Это приводит к внутреннему короткому замыканию и запускает термический разгон. К тому же при перезаряде или низких температурах на аноде образуются металлические «иглы» (дендриты). Они прокалывают сепаратор, вызывая замыкание.
Сам электролит также очень опасен. В Li-ion батареях используется жидкий электролит на основе солей лития (LiPF₆) и горючих органических растворителей (например, этиленкарбоната). При нагреве до 60–80 °C он разлагается, выделяя легковоспламеняющиеся газы (CO, CH₄).
При разрушении катода (например, LiCoO₂) выделяется кислород, который поддерживает горение. Это делает тушение таких пожаров сложным.
Кроме особенности конструкции, литиевые аккумуляторы очень чувствительны к внешним факторам. Так, при перезаряде или при глубоком разряде элементов превышение допустимого напряжения (более 4,2 В на элемент) вызывает перегрев и окисление электролита.
Механические повреждения зачастую приводят к необратимым повреждениям. Удар, прокол или деформация корпуса нарушают целостность элементов.
Кроме этого, нагрев на солнце или замерзание нарушают электрохимические процессы, что сокращает срок службы аккумулятора.
Итак, основная причина самовозгораний — нестабильность электрохимической системы литиевых аккумуляторов в сочетании с внешними воздействиями. Проблема усугубляется горючестью электролита и конструктивной сложностью современных высокоёмких батарей. Однако соблюдение правил эксплуатации значительно снижают эти риски.
Как потушить небольшие устройства?
Тушение литиевых аккумуляторов — сложная задача из-за их химической активности и способности к термическому разгону (цепной реакции с выделением тепла и газов). Однако из-за высокой распространённости таких аккумуляторов в опасной ситуации может оказаться буквально каждый. Рассмотрим основные рекомендации при тушении аккумуляторов в бытовых условиях.
Во-первых, следует принять меры безопасности перед тушением. Для этого эвакуируйте людей из зоны поражения и отключите устройство от зарядки, если это возможно. Старайтесь не вдыхать дым, ведь при горении выделяются токсичные газы.
Вызовите пожарных — самостоятельное тушение опасно!
Во-вторых, в зависимости от ситуации, до приезда пожарных, возгорание небольших устройств, например, ноутбук, смартфон или электросамокат можно локализовать, засыпав очаг пожара песком или пищевой содой. Это прекратит доступ кислорода к огню.
Не используйте воду для прямого тушения лития — возможна реакция с выделением водорода! Также нельзя использовать пенные огнетушители — они неэффективны против химических реакций в батарее.
После тушения пожара следует изолировать батарею — даже потушенный аккумулятор может самовоспламениться повторно. Также следует помнить, что электролит токсичен, поэтому не прикасайтесь к повреждённым элементам батареи.
Литиевые аккумуляторы невозможно потушить полностью до выгорания всех реактивных компонентов. Главная задача — локализовать пожар и не дать ему перекинуться на другие объекты. В бытовых условиях безопаснее предотвратить возгорание, соблюдая правила эксплуатации.
Профилактика
По статистике 95% возгораний литиевых аккумуляторов происходят из-за нарушений правил эксплуатации. Соблюдение простых мер (оригинальные ЗУ, контроль температуры, отказ от повреждённых устройств) сводит риски к минимуму.
Помните: безопасность зависит не только от технологии, но и от вашей внимательности!
Простые меры предосторожности помогут избежать проблем. Для этого следует избегать механических повреждений аккумулятора, ведь удары падения или проколы могут вызвать короткое замыкание. Также не используйте аккумуляторы с вмятинами, вздутиями или трещинами.
Оптимальный температурный диапазон: +5°C до +25°C. Поэтому не оставляйте устройства на солнце, вблизи нагревательных приборов или на морозе. Например, нельзя заряжать электросамокат на балконе зимой. Ведь холод повреждает батарею, а при занесении в тепло возникает конденсат, провоцирующий замыкание.
Также следует избегать эксплуатации при экстремальных нагрузках, например, перегрев ноутбука, который стоит на мягкой поверхности.
Используйте оригинальные зарядные устройства, ведь дешёвые аналоги могут перезаряжать батарею или вызывать перегрев. Разумеется, что оставлять устройство на зарядке без присмотра нельзя.
Особенно это важно при зарядке ночью или при использовании мощных устройств для электросамокатов или электровелосипедов. Также необходимо постоянно следить за уровнем заряда. Нельзя допускать длительного перезаряда или глубокого разряда (ниже 20%). Также следует помнить, что высокая влажность, мороз или жара ускоряют деградацию батареи.
Для длительного хранения аккумулятор лучше извлечь из устройства, разумеется, если такая возможность есть. При хранении нельзя оставлять аккумуляторы рядом с горючими материалами. Лучше хранить на негорючих металлических или керамических поверхностях. При этом идеальный уровень заряда для хранения — 30–50%.
Как потушить электромобиль?
Разумеется, что ситуация с электромобилями намного серьёзнее. Ведь если бегло ознакомится с конструкцией электромобиля, например, всем известного Тесла, то можно увидеть, что батарея находится в металлическом корпусе.
Получается, что при возгорании отдельных элементов в таком корпусе применять автомобильные огнетушители или поливать водой машину из ведра просто не имеет никакого смысла – источник возгорания спрятан внутри прочного корпуса.
Тушение электромобилей, особенно при возгорании литиевых батарей, требует специальных методов из-за высоких температур и риска повторного воспламенения.
Сначала пожарные отключают высоковольтную систему электромобиля, используют диэлектрическое оборудование и соблюдают дистанцию (минимум 5 метров). Литиевые аккумуляторы горят при температурах до 800–1000°C, поэтому их заливают большим количеством воды (до 10–20 тонн). Иногда используют установки для подачи воды напрямую в корпус батареи.
Если батарею нельзя извлечь, электромобиль помещают в специальный контейнер с негорючим наполнителем (например, песком) или опускают в воду на 24–48 часов для предотвращения повторного возгорания.
Процесс может занимать много времени из-за «теплового разгона» (цепной реакции в ячейках батареи). Например, в 2024 году тушение Tesla в Санкт-Петербурге длилось 8 часов, а в 2022 году в Казани пожарные использовали погружение электрокара в бассейн после 4 часов безуспешного тушения.
Разумеется, что тушить возгорание электромобиля своими средствами не только крайне неэффективно, но и опасно для жизни. Поэтому, если вы оказались в подобной ситуации – эвакуируйтесь на расстояние 15–20 метров и вызовите пожарных.
Заключение
Литиевые аккумуляторы потенциально опасны, но риски минимизируются при соблюдении правил эксплуатации. Большинство инцидентов связано с нарушением этих правил или использованием дешёвых несертифицированных устройств. При аккуратном обращении они безопасны и надёжны.
Автор статьи — Илья Корчагин