Nguy hiểm cháy của ắc quy axit-chì

Ắc quy axit-chì được phát minh vào năm 1859 và là loại pin sạc sớm nhất được sử dụng trong các ứng dụng thương mại. Tới ngày nay chúng vẫn được sử dụng phổ biến, nhất là được sử dụng nhiều trong khởi động máy móc thiết bị (như ô tô, xe máy, máy phát…) bởi vì ắc quy axit-chì có sức điện động của mỗi bản cực cao, điện trở trong nhỏ và giá thành rẻ.

Những loại pin này có khả năng lưu trữ một lượng lớn năng lượng và thường sử dụng chất điện phân dễ bay hơi hoặc dễ bắt lửa, do đó dễ xảy ra cháy và nổ. Ắc quy axit-chì bao gồm các tấm phẳng ngập trong dung dịch điện phân loãng có chứa axit sunfuric (H2SO4), với bản cực dương là các tấm chì điôxít và bản cực âm gồm các tấm chì nguyên chất; giữa cực dương và cực âm là các vách ngăn.

 

 

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ắc quy axit-chì

Để ắc quy axit-chì dự trữ năng lượng, axit sunfuric kích hoạt các phản ứng hóa học trong các tấm pin để tạo ra các electron, tạo ra điện. Vì những phản ứng này có thể đảo ngược nên pin có thể được sử dụng trong suốt thời gian tồn tại của nó. Ắc quy axít chì được chia thành hai loại: Ắc quy axit-chì hở (FLA) và ắc quy axit-chì kín (SLA hoặc VRLA). Trong Ắc quy FLA, có một lượng chất lỏng điện phân dư thừa, dẫn đến các tấm chì bị ngập hoàn toàn. Tuy nhiên, trong ắc quy VRLA, chất điện phân được cố định, với lượng oxy và hydro dư thừa tích tụ trong ắc quy được thoát ra ngoài bằng một lỗ thông hơi hoặc van.

Nguy hiểm cháy, nổ

Nghiên cứu về các nguy cơ cháy nổ liên quan đến ắc quy axit-chì, bao gồm dữ liệu thử nghiệm hỏa hoạn và báo cáo sự cố hỏa hoạn. Nhận thấy, nguyên nhân gây ra cháy, nổ của ắc quy do quá trình sinh nhiệt bên trong vượt quá tốc độ tản nhiệt và gây ra cháy, nổ. Trong khi nghiên cứu này không điều tra ảnh hưởng của vật liệu làm ắc quy, chỉ tập trung vào xác định và phân tích các nguy cơ cháy liên quan đến hóa chất trong ắc quy axit-chì thông qua xem xét các sự cố cháy liên quan và kết quả kiểm tra cháy.

Việc xem xét và điều tra các sự cố hỏa hoạn đã được tiến hành, với tổng số 26 sự cố đã được xác định và điều tra. Từ những vụ việc này, đã xác định được tổng số 14 người chết và 12 người bị thương. Các thương tích bao gồm vết cắt, bỏng, tổn thương mắt và mất thính giác vĩnh viễn. Hơn nữa, những sự cố này xảy ra ở cả vị trí trên mặt đất và các mỏ hầm lò; ắc quy liên quan đến các sự cố này bao gồm cả loại FLA và loại ắc quy VRLA. Các sự cố được đề cập trong đánh giá này chỉ bao gồm những sự cố điển hình. Nhiều sự cố nhỏ khác, đặc biệt là những sự cố không gây thương tích hoặc tử vong có thể đã xảy ra mà chưa được báo cáo. Các sự cố được xác định xảy ra từ ắc quy axit-chì được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm cả thiết bị cố định và thiết bị di động. Các thiết bị cố định bao gồm pin dự phòng, máy phát nguồn khẩn cấp diesel và nguồn điện viễn thông, với 14 sự cố trong số đã được xác định. Các thiết bị di động bao gồm ô tô, tàu thuyền và xe điện, với 12 sự cố trong số này đã được xác định. Dưới đây là một vài sự cố điển hình:

– Vào ngày 25 tháng 5 năm 2007, một vụ nổ ắc quy đã xảy ra tại một cửa hàng bán đồ hải sản ở Santa Ana, quận Cam, bang California, Hoa Kỳ. Trong sự cố này, người thợ 68 tuổi đã đặt một bình ắc quy 12V trên sàn của cửa hàng gần bộ sạc ắc quy. Sau đó, người thợ sửa chữa bắt đầu kết nối bộ sạc pin với bình ắc quy thì bình ắc quy phát nổ. Vụ nổ khiến cả thợ sửa chữa và cửa hàng bốc cháy; sau đó người thợ sửa chữa này đã chết tại bệnh viện.

– Vào ngày 7 tháng 9 năm 2008, một chiếc xe lăn điện đã được vận chuyển xuống từ một chiếc máy bay chứa 229 hành khách tại sân bay Manchester, Anh. Trong quá trình chiếc xe lăn được vận chuyển xuống, nó đã bốc cháy và bị phá hủy hoàn toàn. Qua điều tra vụ việc, người ta xác định được rằng ắc quy VRLA 12V dạng gel, là nguyên nhân gây ra sự cố. Hơn nữa, người ta thấy rằng ắc quy đã không được ngắt kết nối trước khi máy bay cất cánh. Điều này dẫn đến việc ắc quy bị đoản mạch, do đó gây ra cháy.

– Vào ngày 18 tháng 12 năm 2019, một vụ cháy ắc quy đã xảy ra tại nhà máy điện NRG ở Milford, tiểu bang Connecticut, Hoa Kỳ. Trong sự cố này, một ắc quy bị quá nhiệt nằm trong bộ ắc quy 250V DC bao gồm 50 ắc quy axit-chì đã bốc cháy. Ngọn lửa do vụ hỏa hoạn này ước tính cao 2-3m, các nhân viên cứu hỏa đã sử dụng bình chữa cháy hóa chất khô để dập lửa. Không có thương tích hoặc tử vong nào được báo cáo do hậu quả của sự cố này.

Thử nghiệm

Ngoài việc điều tra các sự cố liên quan đến cháy nổ ắc quy axit-chì, việc thử lửa đối với các nhà máy hóa chất ắc quy này cũng đã được xem xét. Trong một bộ các thử nghiệm này, ba loại ắc quy VRLA khác nhau đã được thử nghiệm. Chúng được bao bọc trong vật liệu vỏ cấp độ viễn thông, có khả năng chống cháy cao hơn vật liệu vỏ máy thông thường và được thiết kế để sử dụng trong các ngành công nghiệp viễn thông.

Các thử nghiệm bao gồm áp dụng đoản mạch trong 1 phút và 24 giờ cho mỗi loại trong số ba loại ắc quy và xác định xem có xảy ra cháy, nổ hoặc rò rỉ hay không. Trong các thử nghiệm khác, ắc quy axit-chì được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 325°C. Điều này được thực hiện để xác định tốc độ phát thải khí của ắc quy ở trạng thái sạc đầy trong một phạm vi nhiệt độ để xác định xem ắc quy có tuân thủ các yêu cầu thông gió hiện hành hay không. Hơn nữa, các thử nghiệm được thực hiện để xác định xem ắc quy có tự bốc cháy hay không và có xảy ra hiện tượng thoát nhiệt hay không. Từ những thử nghiệm này, người ta thấy rằng pin thải ra HCl và SO2, với mức phát xạ thấp xảy ra ở nhiệt độ gần 125°C. Ngoài ra, khả năng thoát nhiệt trong ắc quy axit-chì đã được xác định và thử nghiệm cho từng loại trong số ba loại ắc quy VRLA, với mỗi loại ắc quy được thử nghiệm riêng lẻ và lắp ráp thành chuỗi. Đối với thử nghiệm chuỗi ắc quy, mỗi chuỗi được tiếp xúc với nhiệt độ môi trường và ở điện áp do nhà sản xuất quy định, sau đó được tăng lên với tốc độ không đổi cho đến khi phát hiện ra hiện tượng thoát nhiệt. Đối với thử nghiệm ắc quy riêng lẻ, giao thức giống như quy trình thử nghiệm chuỗi ngoại trừ việc điện áp nổi hiệu dụng được tăng lên ở tốc độ thấp hơn. Qua thử nghiệm đối với các loại ắc quy, nhận thấy ắc quy có thể gây ra rủi ro thoát nhiệt trong các điều kiện hoạt động điển hình nhưng không cao vì điện áp tại đó xảy ra thoát nhiệt lớn hơn nhiều so với điện áp hoạt động bình thường; đồng thời khả năng cháy, nổ của ắc quy axit-chì trong điều kiện bình thường là không cao và ắc quy FLA ít gây cháy hơn so với ắc quy VRLA. Những kết luận này dựa trên kết quả của các thử nghiệm cháy và do đó có thể không áp dụng được cho tất cả các ắc quy axit-chì.

Kết luận

Dựa trên kết quả xem xét các sự cố và dữ liệu thử nghiệm hỏa hoạn, nhận thấy ắc quy axit-chì có tiềm ẩn nhiều nguy cơ phát sinh cháy, nổ. Nếu không sử dụng đúng cách có thể xảy ra cháy, nổ; đặc biệt dễ xảy ra cháy lan do ắc quy axit-chì thường được đặt gần hoặc đặt trong máy móc, thiết bị khác. Năng lượng phát sinh trong ắc quy góp phần làm tăng mức độ nghiêm trọng của hỏa hoạn, đặc biệt là khi ắc quy được mắc nối tiếp. Do vậy cần thường xuyên kiểm tra tình trạng hoạt động của ắc quy, kịp thời thay thế hoặc sửa chữa để phòng ngừa và hạn chế nguy cơ xảy ra cháy, nổ.

Nguồn tham khảo: Fire Hazard Assessment of Lead-Acid Batteries: https://nfpa.org/News-and-Research/Data-research-and-tools/Hazardous-Materials/Fire-Hazard-Assessment-of-Lead-Acid-Batteries

Theo Hữu Phước (Cục Cảnh sát PCCC&CNCH)

Thuật toán tiến hành phân hạng các gian phòng theo tính nguy hiểm cháy và cháy nổ
THÔNG TIN VỀ LUẬN VĂN THẠC SĨ: Nghiên cứu xây dựng mô hình tổ chức và các tiêu chí đánh giá chất lượng hoạt động của lực lượng dân phòng trong công tác PCCC tại các tổ dân phố trên địa bàn Quận Long Biên – Thành phố Hà Nội.
THÔNG TIN VỀ LUẬN VĂN THẠC SĨ: Giải pháp bảo đảm an toàn về phòng cháy và chữa cháy đối với các nhà ở hộ gia đình và nhà ở kết hợp sản xuất, kinh doanh trên địa bàn Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh.