近年来,锂电池的应用越来越广泛,对锂电池运输的需求也越来越大。锂电池的运输安全已成为货运行业,特别是航空货运行业的热点问题。
一、锂电池引发的悲剧——UPS6号班机
2010年9月3日,UPS从迪拜起飞后不久,6号航班因货舱起火而坠毁。经调查发现,货舱内携带的81000块锂电池起火,使飞机难以操作。尽管飞行员及时启动了货舱灭火系统,但火灾丝毫没有减少,最终导致飞机在迪拜一个军事基地附近坠毁。这为全球航空货运业敲响了警钟,FAA(FederalAviationAdministration,美国联邦航空局)还限制了机携带的锂电池数量。研究还发现:
“Intheintermediatescaletestsconductedusingsingleboxescontaining100batterieseach,exposedtoa30kWpropaneburner,thebatteriesincreasedthefire’senergyreleaseratebyapproximately90kWatthepeakburningrate.Thisincrease,basedonthedatafromthesmallscaletests,wasequivalenttosevenbatterycellsfailingsimultaneously.
使用燃烧功率为30千瓦的丙烷火焰加热燃烧100个锂电池,峰值燃烧可达90千瓦。
二、为什么锂电池着火这么难扑灭?
众所周知,任何电池都是原电池,原电池的核心在于自发的氧化还原反应。我们使用最常见和最简单的Cu-Zn原电池为例:
反应为:
其中,负极锌被用作还原剂,导致氧化反应;还原反应发生在正极铜附近溶液中的H图片,锂离子电池的内部结构并不是那么简单,但其核心仍然是氧化剂和还原剂。
现在,让我们来看看氢气和氧气燃烧的反应:
在图片中,氢被用作还原剂,氧气被用作氧化剂。由于燃烧也是一种氧化还原反应,导致锂电池着火,难以扑灭。灭火的重点是隔离可燃物和助燃物(通常是氧气),这就是为什么一张纸可以用水点燃:水可以带走热量,隔离纸与助燃物空气中的氧气接触。
但是锂电池是不同的。氧化剂(通常是助燃物)和还原剂(通常是可燃物)同时存在于锂电池中,导致普通的“隔绝助燃物”这个策略不可用:它们已经混合在一起了!因此,为了扑灭锂电池的火灾,我们只能使用大量的水冷却,使可燃材料和助燃材料不断反应和放热,但不能使温度达到燃烧反应的条件,使锂电池的火灾难以扑灭。这次在杭州燃烧TU-204C据推测,也可能与锂电池有关,具体原因请以官方调查报告为准。
三、解决办法?
当然也有解决办法,比如阻燃航空集装箱(FRC,FireResistantContainer):
援引AirCargoNews和航空集装箱制造商VRR,卡塔尔货运集团卡塔尔货运(QatarAirwaysCargo)将成为第一个用途FRC取代其原有ULD(UnitLoadDevices,航空公司标准化集装设备)。[2]这些FRC黑色有黑色框架和黄色背景F,代表防火(Fire-proof),以应对锂电池运输带来的风险。必须能够抵抗6小时的A类火灾(A类火灾:指燃烧后会留下灰烬的传统可燃物,如木材和纸张)。[4]预计到2022年卡塔尔货运70%的传统ULD将被FRC取代。
同时,赛丰集团开发了卡塔尔货运采购的赛丰集团FRC能抵抗D类火灾(D类火,即可燃金属引起的火灾),可以抵抗6小时的锂火灾,同时配合SEN货舱门(Secure,ErgonomicandNon-Velcro,也就是说,安全的,符合人体工程学的,没有尼龙扣),从而使这类容器易于维护和优化运营成本。
四、前景展望-钠离子电池
关于锂离子电池替代品的研究从未停止过。钠离子电池就是其中之一。早在2015年,就有科学家通过脱水高钠离子浓度的铁氰盐制造了一种完全放电的阳极金属无钠离子的钠离子电池,并通过现有的锂离子电池制造设备试生产钠离子电池,发现以较低的成本生产是可行的。[6]同时,据《宁德时报》报道,2021年7月29日,宁德发布了第一代钠离子电池,预计2023年形成基础产业链。钠离子电池在安全测试中不易着火和爆炸。与锂电池相比,安全性能大大提高,高低温条件下容量保持率高,受温度影响小。