Autotallin ovi lensi kauas 1,24 m3:n NCA-kaasujen määrällä. Kuvakaappaus artikkelista (Lähde 1).
Amerikkalainen Fire Safety Research Institute on vuonna 2024 tutkinut litiumioniakun lämpökarkaamisessa muodostuvien kaasujen räjähtämistä kahden auton autotallissa [1]. Kokeissa käytettiin kahta kaasuseosta, joiden koostumus valittiin kahden akkutyypin lämpökarkaamisessa muodostuneiden seosten analyysien perusteella.
Akkutyypit erosivat katodimateriaalinsa osalta. NCA-akkujen katodina oli litiumnikkelikobolttialumiinioksidi (LiNi0,8Co0,15Al0,08O2) ja LFP-akkujen litiumrautafosfaatti (LiFePO4). Kaasuseokset valmistettiin hiilimonoksidista (CO), hiilidioksidista (CO2), vedystä (H2) ja metaanista (CH4), joiden pitoisuudet ovat taulukossa 1.
artikkeli jatkuu
Räjähdysten mallinnusta varten kaasuseosten palamisominaisuuksia kuvaavien parametrien, palamisnopeuden S0 [m/s] ja suljetussa säiliössä syntyvän räjähdyspaineen Pmax [bar], arvot mitattiin eri ekvivalenssisuhteen φ arvoilla. Taulukossa 1 on näiden suureiden maksimiarvot ja vastaavat ekvivalenssisuhteen arvot.
Taulukko 1. Kaasuseosten koostumus ja palamisominaisuudet
katodimateriaali NCA LFP CO, % 36,20 9 CO2, % 22,15 20 H2, % 32,90 50 CH4, % 8,75 21 S0, m/s 0,66 0,53 φ 1,35 1,1 Pmax, bar 7,5 8,3 φ 1,2 1,0
(Kaasuräjähdysten paineenkevennyksen amerikkalainen standardi NFPA 68 [2] käyttää lähtötietoina mm. suureiden S0 ja Pmax arvoja. Propaanilla ne ovat S0 = 0,39 m/s ja Pmax = 7,9 bar. Vertailu taulukon 1 vastaaviin arvoihin osoittaa, että lämpökarkaamista seuraavan kevennetyn kaasuräjähdyksen paine on selvästi korkeampi kuin, jos sama määrä propaania räjähtäisi. Jos tilan räjähdyspainetta on kevennettävä, niin tähän tarvitaan suurempi räjähdysluukkujen kokonaisala kuin propaanilla. Suomentajan huomautus.)
Fire Safety Research Instituten kokeet tehtiin kahden auton autotallissa, jonka lattia-ala oli 37 m2 ja tilavuus 113 m3. Räjähdysluukkuna toimi autotallin nosto-ovi, jonka pinta-ala oli 10 m2. Autotalli rakennettiin kokeita varten betonilaatalle kiinnittämällä lankkukehikon ulkopuolelle lastulevyt ja sisäpuolelle kipsilevyt. Varsinaisen autotallin takana ja vieressä oli käytävät, joiden tarkoituksena oli jäykistää autotallin sisäseiniä.
Tällaisessa autotallissa voi sähköautojen ohella olla energian varastointiin käytettäviä akustoja, sähköpolkupyöriä ja akkukäyttöisiä työkaluja. Litiumioniakut ovat siis varsin eri kokoisia.
Kokeissa autotallin sivuseinään oli kiinnitetty muovisäkki, jonka tilavuus vaihteli NCA-kaasuilla 0,08–3,3 m3 ja LFP-kaasuilla 0,085–0,32 m3. Säkki täytettiin optimaalisella seoksella, joka NCA-kaasuilla oli 37,5 % (φ = 1,54) ja LFP-kaasuilla 28,4 % (φ = 1,33). Seos sytytettiin säkin keskipisteeseen sijoitetulla pyroteknisellä sytyttimellä.
Räjähdykset aiheuttivat autotallin rakenteille vähäisiä tai merkittäviä vaurioita, jotka korjattiin jokaisen kokeen jälkeen. Autotallin ovi irtosi toisesta reunastaan 0,31 m3:n, irtosi kokonaan 0,62 m3:n ja lensi kauas 1,24 m3:n NCA-kaasujen määrällä. Oven irrotukseen tarvittiin autotallin ylipaine 2,5 kPa.
Koetuloksista pääteltiin, että jo varsin pienet kaasun määrät (0,31 ja 0,62 m3 NCA-kaasuja sekä 0,09 m3 LFP-kaasuja) riittivät irrottamaan autotallin nosto-oven. Tällaiset määrät voivat muodostua, kun lämpökarkaaminen tapahtuu energian varastointiin käytettävän akuston, sähköpolkupyörän tai akkukäyttöisen työkalun akussa.
Irtoava nosto-ovi toimi räjähdysluukkuna rajoittaen autotallin ylipaineen enintään arvoon 6,5 kPa. Tämä paine ei aiheuta vammoja. mutta irtoava ovi voisi aiheuttaa vaaraa ulkona oleville. Muita heitteitä ei muodostunut. Toisaalta räjähdys voi sytyttää autotallissa tulipalon, joka saattaa ylipaineen vaurioittamien rakenteiden kautta levitä rakennuksen viereisiin tiloihin.
Tiivistelmä ja käännös: Risto Lautkaski
Lähteet:
1. Sauer, N. G., Gaudet, B. & Barowy, A. 2024. Experimental investigation of explosion hazard from lithium-ion battery thermal runaway effluent gas. Fuel 378, 132818. 14 s.
2. NFPA 68. Standard of explosion protection by deflagration venting. S. 71–75.
