Blussysteem en brand beheerssysteem voor lithium-ion batterij en energieopslag

Wat is een lithium-ion batterij?

Een lithium-ionbatterij of li-ionbatterij is een type oplaadbare batterij waarin lithiumionen van de negatieve elektrode naar de positieve elektrode gaan tijdens het ontladen en terug tijdens het opladen. 

Werking van lithium-ion batterij (LiBs) De cellen die onderling elektrisch verbonden worden in de LiBs zijn opgebouwd uit vier componenten:   

Anode   

Het actieve anodemateriaal bevat koolstof in de vorm van grafiet. Dit is aangebracht op koperfolie. Er zijn drie typen anodematerialen: (kunstmatig en natuurlijk) grafiet, (harde en zachte) koolstof en legeringen. 

Kathode 

Kathodematerialen maken gebruik van lithium overgangsmetaaloxiden. Hierin zijn lithium en de metalen de positieve ionen en het oxide het negatieve ion.   

Electrolyt   

Een electrolyt is een mengsel van lithiumzouten, organische oplosmiddelen en additieven. Lithiumboraat-tetrafluoride en lithium-fosfaathexafluoride zijn de meest gangbare zouten. Als oplosmiddelen worden propyleencarbonaat, ethyleencarbonaat, dimethylcarbonaat en diethylcarbonaat toegepast. Het electrolyt dient als transportmedium voor de lithiumionen.   

Tijdens het laadproces verlaten lithiumionen de kathode en verplaatsen zich via het electrolyt naar de anode. Daarbij passeren ze de separator. Tijdens het ontladen keren de ionen terug naar de kathode. Het ionentransport maakt de elektrische stroom mogelijk.   

Separator   

De separator is een poreus membraan van polyethyleen of polypropyleen dat de kathode van de anode scheidt en zo kortsluiting voorkomt. Het wordt in de electrolyt-oplossing geplaatst.   

Hoog brandrisico 

Het barsten van cellen door opwarming en het ontvlammen van het vloeibare elektrolyt is het grootste risico voor het ontstaan van brand. Ook te snelle afgifte van de opgeslagen chemische energie, door een technische defect, veroorzaakt het afgeven van thermische energie wat een kortsluiting kan veroorzaken of het uitstoten van elektrolyten. Daarbij kan de accu dan thermisch op hol slaan (thermal runaway) welke wordt veroorzaakt door bijvoorbeeld deze interne kortsluiting.   

Gecertificeerd en Test resultaten van de AF-X Fireblocker 

De AF-X Fireblocker is getest en gecertificeerd op doeltreffendheid bij het onderdrukken van Li-ion-batterijbranden. Het bleek dat de AF-X Fireblocker met succes batterijbranden op kleine schaal kon blussen en de reactie van thermal runaway naar de volgende interne cel van de batterij met succes heeft weten te blokkeren. Dit doordat de temepersatuur dusdanig werd verlaagd in een zeer korte tijd.

In samenwerking met brandlaboratorium Peutz en KIWA zijn deze testen succesvol uitgevoerd en gedocumenteerd. De uitgebreide testrapporten van Peutz en KIWA zijn op aanvraag beschikbaar via onderstaand formulier. 

De Belangrijkste conclusies uit het KIWA-certificaat K-0210557/01, die is getest volgens BRLK21045 en het specifieke certificeringsprogramma 05 voor Brandbeveiliging van de opslag van Lithium-ion batterijen:

• Aanzienlijke en snelle temperatuurverlaging
• Snelle controle van de Thermal Runaway
• Als gevolg hiervan wordt de Thermal Runaway-reactie gecontroleerd voor minimaal 90 minuten
• Een stabiele situatie creëren in een lithium-ion batterij (LiBs) opslag
• Getest met Batterijen tot 160AH - 48V
• Geen brandoverslag naar omliggende accu's.

Blussende werking van Aerosol

Blussen op moleculair niveau. Bij conventionele systemen wordt er een element uit de branddriehoek weggenomen. De blussende werking van de AF-X systemen is intelligenter. Onderliggend in een branddriehoek is er namelijk sprake van een brandvijfhoek. Ook de mengverhoudingen en de katalisatie spelen een belangrijke rol. Op moleculair niveau is brand niets anders dan een chemische reactie. Binnen die chemische reactie zweven instabiele moleculen rond. Deze instabiele moleculen worden ook wel vrije radicalen genoemd. Bij activering van de AF-X blussystemen gaat de aërosol-nevel direct een verbinding aan met deze vrije radicalen. De aërosol zorgt dan weer voor stabiele moleculaire verbindingen. Zo wordt de brand dus in het allereerste stadium geblokkeert zonder koude schokken, zonder water en zonder zuurstof verdrijving.