Безпека використання акумуляторів у громадських місцях

Інтерес до батарей зростає, але до накопиченої енергії слід ставитися з повагою. Як діти, так і дорослі часто не знають про потенційні небезпеки для безпеки під час експериментів з батареями шляхом нагрівання елементів, їх роздавлювання або короткого замикання. Деякі батареї розпадаються з такою силою, що можуть завдати серйозної шкоди, такої як втрата руки або смерть. Завдана шкода залежить від хімічного складу, і літієві елементи є найпотужнішими.

Зверніть особливу увагу на літій-металеві елементи – найщільніші за енергією елементи, які також є найпотужнішими при навантаженнях понад свої межі. Міністерство охорони здоров'я Канади повідомляє, що протягом одного року отримало понад 100 скарг споживачів на батарейки. Несправності стосувалися перегріву та виникнення пожеж. Посадовці, відповідальні за безпеку, кажуть: «Будь-який тип батарейки може бути потенційною проблемою». Це стосується головним чином батарейок, що містять літій.

Наполегливо рекомендується використовувати детектори диму, щоб сповістити про тління до того, як виникне пожежа. Люди знайомі з лужними батарейками, але це головна причина. Інші системи менш поблажливі, і в цій статті розглядаються поширені системи батарей, які використовуються споживачами. Ми дізнаємося, як доглядати за батарейками, на що звертати увагу під час подорожей і як уникнути неприємностей завдяки правильному поводженню.

Лужні

Лужні батарейки – найпоширеніші побутові батарейки. Вони забезпечують довший час роботи та трохи дорожчі за цинково-вуглецеві, які замінили. Льюїс Уррі (1927–2004) винайшов лужні батарейки у 1949 році, працюючи в лабораторії компанії Eveready Battery Company в Огайо, США.

Побутова лужна батарея має приблизно на 40 відсотків більше енергії, ніж середня літій-іонна. Лужна батарея екологічно чиста та не протікає при розрядженні, як стара цинково-вуглецева батарея, що з'явилася на ринку в 1868 році. Лужна батарея має дуже низький саморозряд і може зберігатися до 10 років. Вона має хороші показники безпеки та може перевозитися в літаку без дотримання транспортних та інших правил ООН.

Рисунок 1: Лужна батарея типу AA

Недоліком лужних акумуляторів є високий внутрішній опір, який обмежує струмове навантаження лише легкими навантаженнями, такими як пульти дистанційного керування, ліхтарики та портативні розважальні пристрої. Перевага полягає в тому, що лужні акумулятори можна безпечно носити в джинсах. Закоротшене електричне зчеплення з ключами або монетами призведе до нагрівання акумулятора, але займання не повинно виникнути.

Незважаючи на те, що лужні батарейки є безпечними, ніколи не змішуйте батарейки з металевими предметами. Не зберігайте батарейки поблизу легкозаймистих матеріалів. Повідомлялося про випадки займання батарейок. Пожежні інспектори рекомендують використовувати контейнери для зберігання, які захищають батарейки таким чином, щоб позитивні та негативні клеми не торкалися один одного.

Лужні батарейки не можна заряджати, або принаймні не слід. Це не заважає людям намагатися повернути частину енергії в елемент. Звичайні лужні батарейки заряджаються в домогосподарствах протягом багатьох років. Перезарядка найефективніша, якщо елемент не розряджається більше ніж на 50 відсотків. Глибина розрядки визначає кількість перезарядок і обмежується кількома. Виробники батарейок не підтримують цю практику з міркувань безпеки; зарядка звичайних лужних батарейок може утворювати газоподібний водень, який може призвести до вибуху.

Гудзикові елементи

Мініатюрний елемент живлення, також відомий як батарейка-ґудзик, використовується в іграшках, годинниках, слухових апаратах та медичних пристроях. Діти люблять гратися з батарейками-ґудзиками, кладучи їх до рота та, можливо, ковтаючи. Тільки у Сполучених Штатах щороку понад 2800 дітей отримують допомогу у відділеннях невідкладної допомоги з проковтуванням батарейок-ґудзиків. Згідно зі звітом за 2015 рік, кількість травм та смертей від ковтання батарейок зросла в дев'ять разів за останнє десятиліття.

Рисунок 2: Гвоздикові або ґудзикові батарейки

У разі ковтання батарейка часто застрягає у стравоході (трубці, через яку проходить їжа). Вода або слина створюють канал для електричного струму, який запускає хімічну реакцію, в результаті якої утворюється гідроксид – їдкий іон, що може спричинити серйозні опіки навколишніх тканин. Лікарі часто неправильно діагностують такі характерні симптоми, як лихоманка, блювота, поганий апетит і втома. Батарейки, які потрапляють через стравохід, часто рухаються травним трактом з незначними пошкодженнями або взагалі без них, хоча вони можуть виразкувати стінку шлунка.

Порада батькам — вибирати безпечні іграшки та тримати маленькі батарейки подалі від маленьких дітей. Як і у випадку з фармацевтичними продуктами, тримайте маленькі батарейки під замком у недоступному для маленьких дітей місці.

Свинцево-кислотний

Свинцево-кислотний розряд створює високий струм навантаження протягом кількох секунд, викликає іскри та плавить метали, але акумулятор швидко розряджається. Аналогію можна знайти у фломастері, який висихає, роблячи короткі позначки на папері, а потім потребує відпочинку для поповнення чорнила. Хоча відновлення відбувається швидко, заряджання, як відомо, відбувається повільно і погіршується з віком. Електричне коротке замикання може призвести до розливу та утворення вихлопних газів. Не намагайтеся замкнути свинцево-кислотний розряд.

Свинець – це токсичний метал, який може потрапити в організм шляхом вдихання свинцевого пилу або проковтування під час дотику до рота руками, забрудненими свинцем. Діти та плоди вагітних жінок найбільш вразливі до отруєння свинцем. Надмірний рівень свинцю може вплинути на ріст дитини, спричинити пошкодження мозку, пошкодити нирки, погіршити слух та викликати проблеми з поведінкою. У дорослих свинець може спричинити втрату пам'яті та знизити здатність до концентрації, а також пошкодити репродуктивну систему. Свинець також відомий тим, що викликає високий кров'яний тиск, нервові розлади, біль у м'язах і суглобах. Дослідники вважають, що Людвіг ван Бетховен захворів і помер через отруєння свинцем.

Рисунок 3: Герметичний свинцево-кислотний акумулятор

Не зберігайте стартерні акумулятори там, де граються діти, оскільки клеми стартерного акумулятора виготовлені зі свинцю. Свинцево-кислотні акумулятори також мають один із найбільш корозійних електролітів серед усіх акумуляторів, який необхідно захищати.

Літій-іонний

Шкода, яку може завдати літій-іонний елемент внаслідок випадкового короткого замикання, є несподіванкою для більшості. Упакований у елемент 18650 (на фото), літій-іонний акумулятор виглядає як нешкідливий лужний елемент типу АА. Але це не так. При короткому замиканні літій-іонний акумулятор забезпечує постійний струм без постійного спрацьовування. Це часто призводить до вибуху полум'я, насильницького самознищення, подібного до ракети. Вбудовані компоненти безпеки забезпечують захист, але не всі елементи мають такі запобіжні заходи.

Багато елементів 18650 перевозяться як запасні для вейпінгу. Електронні сигарети потребують високого струму для активації нагрівального елемента, і тільки літій-іонний акумулятор має таку вантажопідйомність. Під час перевезення запасного акумулятора загорніть його в поліетиленовий пакет, щоб запобігти короткому замиканню.

Через потенційну небезпеку літієві акумулятори більше не можна класти в зареєстрований багаж, а необхідно перевозити на борту літака. Швидкий доступ до вогнегасника дозволяє загасити пожежу в салоні. Кожен пасажир може взяти два запасні літій-іонні акумулятори, ємність яких не перевищує 160 Вт·год кожен; загалом 320 Вт·год. Акумулятор 18650 ємністю 3300 мАг має близько 12 Вт·год. 

Рисунок 4: Літій-іонний елемент у форматі 18650

З 1991 по 2016 рік сталося 138 інцидентів в аеропортах та на літаках, пов'язаних з літієвими батареями. Серед них 13 електронних сигарет, 7 мобільних телефонів/планшетів, 7 запасних батарей та 4 ноутбуки. Найбільше зросла кількість інцидентів, пов'язаних з електронними сигаретами.

Згідно з опублікованими звітами, 68 відсотків випадків виходу з ладу акумуляторів під час транспортування спричинені коротким замиканням, і значною мірою в цьому винна погана упаковка. Не зберігайте та не транспортуйте голі акумулятори в металевій коробці; не змішуйте батарейки з монетами, ключами від будинку в джинсах. Завжди кладіть елементи та батарейки в прозорі пластикові пакети.

Рисунок 5: Літій-іонний акумулятор спалює джинси

На рисунку 5 показано пару обгорілих джинсів, у яких літій-іонний акумулятор торкнувся розсипаних монет у кишені. Це спричинило опіки третього ступеня на нозі чоловіка. Після того, як полум'я почалося, мало що можна зробити, щоб зупинити його.

Літієві батареї

Хоча літій-іонні акумулятори можна перезаряджати, існують неперезаряджувані літієві акумулятори, які за ємністю перевершують літій-іонні. Вони містять металевий анод і часто називають літій-металевими. Це підвищує леткість, і на ці акумулятори поширюються суворіші правила доставки, ніж на більш безпечні літій-іонні. Первинні літієві акумулятори бувають різних видів і в основному використовуються для промислового використання. 

Літій-залізодисульфід (LiFeS2 ) – це заміна звичайних побутових лужних акумуляторів, що забезпечує довший час роботи та кращу здатність до заряджання. Літієві акумулятори зазвичай забезпечують напругу 3 вольти і вище, LiFeS2 – 1,5 вольта, що робить їх сумісними з форматами AA та AAA. Вони коштують трохи дорожче за лужні та повинні відповідати правилам транспортування.

Літій-тіонілхлорид (LiSOCl2 або LTC) може витримувати високі температури та сильну вібрацію. Завдяки широкому робочому діапазону температур, акумулятори LTC в основному використовуються для горизонтального буріння, також відомого як фрекінг, який досягає температури головки 125°C (257°F). Маючи питому енергію понад 500 Вт·год/кг, вони пропонують вдвічі більшу ємність, ніж найкращі літій-іонні акумулятори. Незважаючи на свою міцність і, здавалося б, незнищенність, цей акумулятор є одним з найпотужніших у разі неправильного використання. Через потенційну небезпеку, LTC не дозволяється використовувати в споживчих товарах; він також вимагає навчання з поводження.

Літій-марганцево-діоксидний (LiMnO2 або Li-M) – це ще один поширений металевий літій-іонний акумулятор, який є більш безпечним, ніж LTC. Він має меншу ємність і безпечний для громадського використання. Типовими сферами застосування є вимірювання лічильників, медичні пристрої, датчики оплати за проїзд та камери.

Вплив старіння

Літій-іонні акумулятори безпечні, але те, що може бути не до кінця зрозумілим зі зростанням їхньої кількості, так це старіння. Користувачі запитують: «Чи розрядиться мій акумулятор тихо, чи зникне з тріском?» Типовими моделями використання, які навантажують літій-іонний акумулятор, є надмірне навантаження, швидка зарядка та зарядка нижче нуля. Крім того, зберігання літій-іонного акумулятора при напрузі нижче 2 вольт на елемент призводить до росту дендритів, які можуть пошкодити сепаратор і спричинити незначне коротке замикання, яке може перерости в повне коротке замикання, навіть якщо його зберігати. Невеликий витік води в несправній гідроелектростанції може перетворитися на потік і зруйнувати конструкцію, так само пошкодження сепаратора може призвести до витоку полум'я. Температура підвищується до 500°C (932°F), після чого елемент спалахує або вибухає.

Якщо літій-іонний акумулятор перегрівається, шипить або випирає, негайно перемістіть пристрій з акумулятором подалі від легкозаймистих матеріалів та покладіть його на негорючу поверхню. Якщо можливо, вийміть акумулятор з пристрою та винесіть його на вулицю, щоб він прогорів.

Невелику пожежу літій-іонного акумулятора можна загасити, як і будь-яку іншу горючу пожежу. Для найкращого результату використовуйте піногасник, CO2, суху хімічну речовину ABC, порошкоподібний графіт, мідний порошок або соду (карбонат натрію). Якщо пожежа сталася в салоні літака, FAA доручає бортпровідникам використовувати воду або газовану воду. Продукти на водній основі є найбільш доступними та підходять, оскільки літій-іонний акумулятор містить дуже мало металевого літію, який може реагувати з водою. Вода також охолоджує сусідню зону та запобігає поширенню вогню.

Велику пожежу літій-іонного акумулятора, наприклад, в електромобілі, можливо, доведеться загасити водою, оскільки вода неефективна. У разі пожежі, спричиненої літій-металевим акумулятором, використовуйте лише вогнегасник класу D. Літій-метал містить літій, який реагує з водою та посилює пожежу. Не використовуйте вогнегасник класу D для звичайних пожеж.

Статистика

Нещодавнє дослідження, проведене Університетом Джорджа Мейсона, оцінило понад 2000 звернень до відділень невідкладної допомоги США внаслідок травм, пов'язаних з вибухом, внаслідок опіків від електронних сигарет, з 2015 по 2017 рік. Більшість постраждалих становили чоловіки, які клали батарейки від електронних сигарет у кишені джинсів або сорочок. У деяких також були ключі в кишенях – небезпечна суміш металу та літій-іонних батарей, що спричиняла коротке замикання. Багато хто отримав серйозні опіки ніг, рук і кистей, аж до смерті. На рисунку 6 наведено статистику.

Рисунок 6: Статистика інцидентів з батареями, пов'язаних з електронними сигаретами