Вибухонебезпечні акумулятори

Відео та іншу інформацію в інтернеті про вибухи смартфонів, електросамокатів чи електрокарів у різних країнах світу, також і в Україні, бачив, мабуть, кожен. Майже в усіх цих випадках ідеться про вибухи літієвих акумуляторів, які широко використовуються у промисловості.

► 7.06.2024 під Києвом, у с. Софіївська Борщагівка, стався вибух літієвого акумулятора у квартирі на 5-му поверсі 9-поверхового будинку. Опіки рук і ніг 2-го ступеня отримав чоловік.

► 12.07.2021 у Києві в квартирі багатоповерхівки на пр. Героїв Сталінграда спалахнув електросамокат, який у цей час заряджався. Унаслідок інциденту чоловік отримав опіки рук і обличчя.

► 7.07.2024 в одному з клубів Парижа вибухнув електросамокат, який поставили на зарядку у суміжному з танцювальною залою приміщенні. Вибухова хвиля пробила найближчу стіну, уламки травмували трьох людей, яких госпіталізували, одного з потерпілих – у критичному стані.

► 10.07.2024 у литовському місті Паланга спалахнула квартира через вибух акумулятора електросамоката. Люди не постраждали, оскільки були в іншій кімнаті. Пожежа завдала серйозної шкоди квартирі та будинку.

► 18.03.2024 в одній із московських квартир у росії, за кілька хвилин після того, як господар поставив електросамокат на зарядку після зимового простою, він вибухнув. Квартира майже повністю згоріла. Чоловік устиг вибігти та викликати пожежників.

► 24.06.2024 пожежа на заводі з виробництва літієвих батарей у Хвасоні, неподалік Сеула (Південна Корея), призвела до загибелі щонайменше 16 людей. Інцидент викликав занепокоєння щодо безпеки літієвих батарей, які, як відомо, за певних умов можуть спалахувати.

Літієві акумулятори стали невід’ємною частиною нашого життя. Вони зробили революцію у світі  електронних пристроїв, пропонуючи велику потужність у легкому корпусі. Сьогодні літієві акумулятори встановлюють на смартфони, ноутбуки, акумуляторні електроінструменти, електротранспорт, дрони тощо. Це порівняно новий тип акумуляторної батареї, застосований уперше 1991 р. Вона має багато переваг над свинцево-кислотними та гелевими батареями, але потребує більшої уваги до безпеки.

Літій – метал, який активно реагує під час контакту з водою чи навіть повітрям. Тому спочатку такі батареї були особливо небезпечні. Але згодом їх конструкцію удосконалили. У 2019 р. за винайдення літій-іонового акумулятора, який став безпечнішим завдяки застосуванню іонів літію, вчені-хіміки Д. Гузенаф, С. Вітінгем та А. Йошино отримали Нобелівську премію.

Літій-іонові батареї (Li-ion) найбільш поширені (є ще літієві акумулятори на основі заліза-фосфату (LiFePO4)). Якщо порівнювати зі свинцево-кислотними та гелевими батареями, мають більшу питому густину електроенергії, значно більшу кількість циклів перезаряджання, на порядок вищу швидкість заряджання, ліпше витримують великі короткочасні струми розряджання, майже не мають негативного ефекту пам’яті, тобто не втрачають ємність у разі регулярного недозаряджання, працюють за більш низьких температур, у будь-якому положенні, легші та компактніші. Натомість такі акумулятори мають складнішу систему керування процесом заряджання-розряджання (спеціальні BMS-плати) і більш чутливі до механічних пошкоджень, що можуть стати причиною вибуху чи загоряння, якщо заряд максимальний.

Літій-іонові акумуляторні батареї мають найбільш досконалий захист порівняно з усіма типами батарей. Тому можна бути впевненим, що за наявності в батареї схеми захисту вона відключиться у разі досягнення напруги закінчення заряджання. Якщо схему захисту в акумуляторі не передбачено, може статись надмірне заряджання батареї і, як наслідок, її незворотний вихід з ладу.

Чим небезпечні літієві батареї

У літієвих батареях є роздільник, який перешкоджає деяким компонентам торкатися одне одного. Якщо ця перегородка пошкоджена й електроди все-таки дотикаються, акумулятор дуже швидко нагрівається. Літієві батареї також містять горючий електроліт. Якщо він стане занадто гарячим, може статися хімічна реакція, що призведе до некерованого нагрівання. У деяких випадках результатом може стати пожежа чи вибух. Якщо в цей час батарея перебуватиме у складі партії інших продуктів, наслідки можуть бути катастрофічними – матеріальні збитки та ризики травмування.

Причини вибухання літієвих акумуляторів

• Технічні дефекти. Порушення технології виготовлення, відсутність контролю в процесі виробництва, неякісні компоненти часто призводять до внутрішніх збоїв, через які може статися раптове замикання і вихід акумулятора з ладу, навіть якщо користувач дотримується всіх правил експлуатації.
• Механічні пошкодження. Падіння, удари, проколи корпусу, сильний тиск, під час яких відбувається деформація елементів, можуть призвести до контакту анода й катода, що загрожує внутрішнім замиканням.
• Тепловий вплив. Джерелами небезпеки можуть бути прямі сонячні промені, відкритий вогонь або висока температура деталей машин і систем, частиною яких є батареї. Ці фактори прискорюють хімічні реакції всередині – вони провокують низку маленьких замикань, через які відбувається інтенсивне виділення газів і вибух.
• Порушення правил заряджання. Часті надмірні заряджання або використання зарядних пристроїв, несумісних з акумулятором, призводять до перегрівання та руйнування АКБ.

Вимоги до акумуляторів визначають:

• ДСТУ EN IEC 60086-4:2022 «Первинні батареї. Частина 4. Безпека літієвих батарей»
• ДСТУ EN 62620:2022 Вторинні елементи та батареї, що містять лужні або інші некислотні електроліти. Вторинні літієві елементи та батареї для використання в промислових цілях (EN 62620:2015, IDT; IEC 62620:2014, IDT);
• ДСТУ EN 61960-3:2022 Вторинні елементи та батареї, що містять лужні або інші некислотні електроліти. Вторинні літієві елементи та батареї для портативних застосувань. Частина 3. Призматичні та циліндричні літієві вторинні елементи та виготовлені з них батареї (EN 61960-3:2017, IDT; IEC 61960-3:2017, IDT);
• проєкт Закону України «Про батарейки, батареї і акумулятори» від 30.10.2019 № 2352.

Вимоги до електрообладнання, джерелом якого є акумулятор, визначають:

• Правила улаштування електроустановок, затверджені наказом Міністерства енергетики та вугільної промисловості України від 21.07.2017 № 476;
• Правила технічної експлуатації електроустановок споживачів, затверджені наказом Міністерства палива та енергетики від 25.07.2006 № 258 (у редакції наказу Міністерства енергетики та вугільної промисловості 13.02.2012 № 91);
• Правила безпечної експлуатації електроустановок споживачів (НПАОП 40.1-1.21-98).

Sergiy Kolesnik
Explosive batteries
All about the safety of operation, transportation, storage, and disposal of lithium batteries.

Статтю повністю читайте в журналі "Охорона праці" № 2/2025 або КАБІНЕТІ ОХОРОНИ ПРАЦІ.