El principal temor en las baterías de litio es el llamado “Thermal Runaway” o desbordamiento térmico, por ello hay que estar preparado para saber cómo extinguir un fuego en baterías de litio en el caso muy improbable de que se produzca.

Como comentamos en una píldora anterior, el principal motivo de preocupación en los usuarios de baterías de ion-litio industrial es el llamado desbordamiento térmico (termal runaway)

Recordemos que el desbordamiento térmico se produce por un rápido aumento de la temperatura, seguido por la generación de gases y por último una explosión y/o un incendio.

Cuando una batería de litio arde, lo que ocurre normalmente es que una de sus celdas es la que comienza el desbordamiento térmico por alguna de las razones que anteriormente expusimos (para más información al respecto visitar el blog de la página web de ARNION, https://www.arnion.es/blog/), y el incendio provocado en esta celda se extiende a las siguientes.

Por tanto, para apagar un incendio causado por el desbordamiento térmico de una celda, es crucial evitar que las demás celdas también entren en desbordamiento debido al aumento de temperatura.

En esta píldora vamos a hablar de 2 sistemas que impedirán que el resto de las celdas alcancen un desbordamiento térmico.

SISTEMAS DE EXTINCIÓN DE INCENDIOS MEDIANTE AEROSOLES

El sistema de extinción de incendios mediante aerosoles es un sistema apropiado para compartimentos cerrados, como es el caso de las baterías de litio, en especial las industriales que se emplean en carretillas.

Figura 1:  Sistema contraincendios de tipo aerosol

El módulo de extinción de incendios por aerosol está diseñado para hacer frente a los incendios de baterías de litio mediante una combinación de procesos físicos y químicos. Veamos cuáles son dichos procesos:

1.    Enfriamiento endotérmico: Cuando se libera el aerosol, las partículas de sal metálica que contiene absorben una cantidad significativa de calor. Este proceso implica reacciones físicas como la fusión térmica y la gasificación, las cuales absorben calor y ayudan a reducir la temperatura de la llama.
2.    Inhibición química en fase gaseosa: El calor del fuego hace que los iones o cationes metálicos del aerosol se descompongan y gasifiquen. Estos iones reaccionan entonces con los grupos activos en el proceso de combustión, consumiéndolos y reduciendo el número de radicales libres de la combustión.
3.    Inhibición química en fase sólida: Las partículas de aerosol son pequeñas y numerosas, con una gran superficie y una elevada energía superficial. Pueden adsorber grupos activos en el proceso de combustión y sufrir reacciones químicas, reduciendo aún más el número de radicales libres de la combustión.
4.    Reducción de la concentración de oxígeno: El aerosol contiene gases inertes como el nitrógeno (N2) y el dióxido de carbono (CO2), que ayudan a reducir la concentración de oxígeno en la zona de combustión, impidiendo así que continúe la combustión.

Estos procesos trabajando de forma combinada hacen que el módulo de extinción de incendios por aerosol sea eficaz para sofocar rápidamente en una fase incipiente los incendios de baterías de litio. De lo anterior se desprende que este es un sistema adecuado para pequeños espacios cerrados sin interactuación de personas, por lo que una caja cerrada que contiene las celdas de litio es un ejemplo claro para el uso del mismo.

Figura 2:  Fases de un fuego extinguido con un sistema de aerosol

CÓMO FUNCIONA EL SISTEMA DE EXTINCIÓN

El dispositivo de detección de incendios se instalaría dentro del cofre que contiene las celdas de litio. El sensor integrado en el módulo supervisa y recoge los datos y cambios del aire, humo y temperatura dentro del cofre en tiempo real. Los datos recogidos se analizan y procesan mediante un algoritmo.
Si se produjera un desbordamiento térmico en alguna de las celdas contenidas en el cofre, el sensor del dispositivo detectaría el cambio de los valores y determinaría rápidamente el grado de peligro de incendio mediante la comparación con un modelo de incendio establecido, a partir de aquí se podrían producir 2 casuísticas:

1. El dispositivo enviaría una señal de alarma a una pantalla de un operador, también podría enviar una señal de alarma a una consola del sistema a través del bus CAN (u otros métodos de comunicación), y sería el operador el que decidiera si activar la extinción.
2. El propio dispositivo activaría el sistema de extinción de incendio de forma autónoma.

Figura 3: Detalle de la instalación del sistema en una batería de litio

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SISTEMAS DE EXTINCIÓN DE INCENDIOS MEDIANTE EL ROCIADO DE AGUA MEZCLADA CON EL ADITIVO eFP-600

La supresión del fuego por parte de eFP-600 actúa gracias a su tecnología encapsulante, que actúa de forma dual, utilizando el agua encapsulada como catalizador para eliminar el calor y encapsulando los vapores inflamables que se producen. Esta característica de encapsulación ayuda a minimizar la posible ignición de líquidos y vapores inflamables producidos durante el incendio, evitando la reignición.

El control y extinción del fuego en las baterías de Ion Litio pasa por enfriar la zona de ignición. El aditivo eFP-600 hace que el líquido resultante de mezclarlo con agua tenga un poder 10 veces superior de penetración que el agua sola.

Pero veamos en qué consiste un encapsulador:

• Actuación como agente humectante. Un agente humectante es una sustancia que reduce la tensión superficial de un líquido, permitiéndole esparcirse mejor y mojar más eficientemente una superficie o un material. Su función principal es mejorar la distribución del agua o de otro líquido sobre una superficie sólida, evitando la formación de gotas y promoviendo una cobertura uniforme. El mecanismo de acción de los agentes humectantes se basa en la reducción de la tensión superficial del líquido con el que se mezclan. Esto se logra mediante moléculas que tienen una parte hidrofílica (afinidad por el agua) y una parte hidrofóbica (repelente al agua). Estas moléculas se sitúan en la interfaz entre el líquido y la superficie, disminuyendo la resistencia a la propagación del líquido.

Es decir, el agua tratada con el aditivo eFP-600 tiene 6 veces más poder de penetración que el agua pura, moja más. Esto le permite tener una mayor capacidad de absorción de energía térmica.

• Actúa como encapsulador de líquidos y vapores inflamables. El eFP-600 forma micelas a nivel molecular, que realizan 2 funciones:
  • Encapsulan los líquidos y gases inflamables, de tal forma que ayuda a prevenir la capacidad de reignición del fuego. En palabras simples, elimina combustible que dejará de alimentar el fuego.

• • Encapsulan las gotas de agua, de tal forma que transmiten el calor del incendio a estas, las cuales se evaporan. Así la evacuación del calor es más eficiente y consumen energía del incendio.

Esta propiedad encapsuladora, ayuda a prevenir la capacidad de reignición del fuego, que es muy persistente en los incendios de baterías de litio.

• Actúa como inhibidor. Para que un incendio se lleve a cabo de forma completa, este debe de disponer de 4 recursos básicos que conforman El Tetraedro del Fuego: Comburente (Oxígeno), Combustible, Calor y la Reacción en Cadena. Si se logra eliminar o reducir uno de ellos, se logra controlar el incendio. El aditivo eFP-600, además de como Agente Humectante y Encapsulador, también actúa como un inhibidor de las reacciones en cadena que se llevan a cabo durante el incendio. Estas reacciones en cadena se producen debido a los radicales libres que se generan durante la combustión, los cuales son capaces de liberar gran cantidad de energía en forma de calor. Sin embargo, la capacidad refrigerante del eFP-600 logra reducir la temperatura por debajo del punto de inflamación (flash point), inhibiendo así las reacciones en cadena de la combustión y ayudando a suprimir aún más el incendio producido

Las siguientes aplicaciones con el aditivo eFP-600 han sido ensayadas en Laboratorio oficial con Applus+ y disponen de certificado de Idoneidad Técnica en España. Por lo que en los ensayos realizados han demostrado que extinguen un fuego de baterías de ion-litio:

• Extintores de incendio con eFP-600: Extintor ensayado bajo el estándar NTA 8133- 2021 para fuegos de baterías de Ion Litio.
• Boca de incendio equipada (BIE): Boca de Incendio equipada con 40 litros de aditivo, especial para baterías de Ion litio. Sistema compuesto por 2 armarios modulares.
• Sistema de boquilla cerradas para protección de aparcamientos con vehículos eléctricos con baterías de ion-litio: Sistema para la protección contra incendios en aparcamiento con vehículos eléctricos compuesto por boquillas colgantes K80 de ½” distribuidas en aparcamiento cada 11m²

El siguiente video muestra cómo se realizó la extinción de un fuego de baterías de litio para la obtención del certificado de Idoneidad Técnica por Applus+