firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»firesmi-1199Research ArticleВОПРОС - ОТВЕТQUESTION - ANSWERСовременные способы тушения литий-ионных аккумуляторов. Часть 1Advanced methods of extinguishing lithium-ion batteries. Part 1ХарламенковА. С.KharlamenkovA. S.

ХАРЛАМЕНКОВ Александр Сергеевич, заместитель начальника кафедры специальной электротехники, автоматизированных систем и связи, Академия Государственной противо­пожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, Россия, 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4; РИНЦ ID: 763967

Aleksandr S. KHARLAMENKOV, Deputy Head of Department of Special Electrical Engineering, Automation Systems and Communication, the State Fire Academy of the Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination on Consequences of Natural Disasters, Borisa Galushkina St., 4, Moscow, 129366, Russian Federation; ID RISC: 763967

h_a_s@live.ruАкадемия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, г. МоскваРоссияThe State Fire Academy of the Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination on Consequences of Natural Disasters, MoscowRussian Federation2023280220233218996Copyright © Харламенков А.С., 20232023Харламенков А.С.Kharlamenkov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1199

Проведен анализ пожарной опасности различных типов литий-ионных аккумуляторов. Представлены варианты реализации пассивного тушения (охлаждения) поврежденных ячеек и способов создания невоспламе­няемых составов электролита. Выполнено обобщение возможных технических решений по снижению вероятности распространения пожара на соседние ячейки в пределах отдельной упаковки. Рассмотрены возможные пути предотвращения и снижения последствий воспламенения аккумуляторных батарей с использованием различных огнетушащих веществ. Дано описание основных особенностей применения и принципов действия современных способов тушения литий-ионных аккумуляторов.

The fire hazard of various types of lithium-ion batteries was analyzed. Options for implementing passive extinguishing (cooling) of damaged cells and methods of creating non-flammable electrolyte compounds were presented. The author summarized possible engineering solutions, aimed at reducing the likelihood of fire spread to neighbouring cells within a separate pack. The author also considered ways of preventing and mitigating battery ignition consequences using various fire extinguishing substances, described the main features of application and operating principles underlying advanced methods of extinguishing lithium-ion batteries.

теплопроводностьизоляциямикрокапсулированиепенапорошокводаемкостьудельная энергоемкостьудельная мощностьэлектродыгорениевзрывтемператураthermal conductivityinsulationmicro-capsulationfoampowderwatercapacityspecific energyspecific powerelectrodesburningexplosiontemperatureReferencesХарламенков А.С. Системы защиты ячеек и батарейных блоков с литий-ионными аккумуляторами. Часть 1 // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. Т. 31. № 4. С. 76–79. URL: https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1142Харламенков А.С. Системы защиты ячеек и батарейных блоков с литий-ионными аккумуляторами. Часть 1 // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. Т. 31. № 4. С. 76–79. URL: https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1142Харламенков А.С. Системы защиты ячеек и батарейных блоков с литий-ионными аккумуляторами. Часть 2 // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. Т. 31. № 5. С. 83–86. URL: https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1152Харламенков А.С. Системы защиты ячеек и батарейных блоков с литий-ионными аккумуляторами. Часть 2 // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. Т. 31. № 5. С. 83–86. URL: https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1152Malek S., Christophy M.C., Kole J.M. US Patent No. 8,808,895 B2. August 19, 2014.Malek S., Christophy M.C., Kole J.M. US Patent No. 8,808,895 B2. August 19, 2014.Ярмоленко О.В., Юдина А.В., Игнатова А.А. Современное состояние и перспективы развития жидких электролитных систем для литий-ионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2016. Т. 16. № 4. С. 155–195. DOI: 10.18500/1608-4039-2016-4-155-195 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29289314Ярмоленко О.В., Юдина А.В., Игнатова А.А. Современное состояние и перспективы развития жидких электролитных систем для литий-ионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2016. Т. 16. № 4. С. 155–195. DOI: 10.18500/1608-4039-2016-4-155-195 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29289314Gond R., van Ekeren W., Mogensen R., Naylor A.J., Younesi R. Non-flammable liquid electrolytes for safe batteries // Journal is The Royal Society of Chemistry. 2021. Vol. 8. Issue 11. Рp. 2913–2928. DOI: 10.1039/d1mh00748cGond R., van Ekeren W., Mogensen R., Naylor A.J., Younesi R. Non-flammable liquid electrolytes for safe batteries // Journal is The Royal Society of Chemistry. 2021. Vol. 8. Issue 11. Рp. 2913–2928. DOI: 10.1039/d1mh00748cHuang Z., Lai J-C., Kong X., Rajkovic I., Xiao X., Celik H. et al. A solvent-anchored non-flammable electrolyte // Matter. 2022. Vol. 12. Issue 2. Pp. 445–459. DOI: 10.1016/j.matt.2022.11.003Huang Z., Lai J-C., Kong X., Rajkovic I., Xiao X., Celik H. et al. A solvent-anchored non-flammable electrolyte // Matter. 2022. Vol. 12. Issue 2. Pp. 445–459. DOI: 10.1016/j.matt.2022.11.003Захаров Л.Н. Техника безопасности в химических лабораториях : справ. 2-е изд., перераб. и доп. Л. ; Химия, 1991. 336 с.Захаров Л.Н. Техника безопасности в химических лабораториях : справ. 2-е изд., перераб. и доп. Л. ; Химия, 1991. 336 с.Kong L., Li C., Jiang J., Pecht M.G. Li-Ion battery fire hazards and safety strategies // Energies. 2018. Vol. 11. Issue 9. P. 2191. DOI: 10.3390/en11092191Kong L., Li C., Jiang J., Pecht M.G. Li-Ion battery fire hazards and safety strategies // Energies. 2018. Vol. 11. Issue 9. P. 2191. DOI: 10.3390/en11092191Мельник А.А., Елисеев Ю.Н., Мокряк А.В., Иванов Д.В. Обзор огнетушащих средств при тушении литий-ионных батарей // Сибирский пожарно-спасательный вестник. 2021. № 2 (21). С. 33–35. DOI: 10.34987/vestnik.sibpsa.2021.30.61.006Мельник А.А., Елисеев Ю.Н., Мокряк А.В., Иванов Д.В. Обзор огнетушащих средств при тушении литий-ионных батарей // Сибирский пожарно-спасательный вестник. 2021. № 2 (21). С. 33–35. DOI: 10.34987/vestnik.sibpsa.2021.30.61.006Lesiak P., Pietrzelaa D., Mortkaa P. Methods used to extinguish fires in electric vehicles // Safety & Fire Technology. 2021. Vol. 58. Issue 2. Pp. 38–57. DOI: 10.12845/sft.58.2.2021.3Lesiak P., Pietrzelaa D., Mortkaa P. Methods used to extinguish fires in electric vehicles // Safety & Fire Technology. 2021. Vol. 58. Issue 2. Pp. 38–57. DOI: 10.12845/sft.58.2.2021.3Wilkens K., Johnsen B., Bhargava A., Dragsted A. Project BLUE BATTERY. Part II: Assessment of existing fire protection strategies and recommendation for future work // Fire and security. Danish Technological Institute (DBI). 2017. 37 р. URL: https://brandogsikring.dkWilkens K., Johnsen B., Bhargava A., Dragsted A. Project BLUE BATTERY. Part II: Assessment of existing fire protection strategies and recommendation for future work // Fire and security. Danish Technological Institute (DBI). 2017. 37 р. URL: https://brandogsikring.dkZhao J., Xue F., Fu Y., Cheng Y., Yang H., Lu S. A comparative study on the thermal runaway inhibition of 18650 lithium--ion batteries by different fire extinguishing agents // iScience. 2021. Vol. 24. Issue 8. P. 102854. DOI: 10.1016/j.isci.2021.102854Zhao J., Xue F., Fu Y., Cheng Y., Yang H., Lu S. A comparative study on the thermal runaway inhibition of 18650 lithium--ion batteries by different fire extinguishing agents // iScience. 2021. Vol. 24. Issue 8. P. 102854. DOI: 10.1016/j.isci.2021.102854Ghiji M., Novozhilov V., Moinuddin K., Joseph P., Burch I., Suendermann B., Gamble G. A review of lithium-ion battery fire suppression // Energies. 2020. Vol. 13. Issue 19. P. 5117. DOI: 10.3390/en13195117Ghiji M., Novozhilov V., Moinuddin K., Joseph P., Burch I., Suendermann B., Gamble G. A review of lithium-ion battery fire suppression // Energies. 2020. Vol. 13. Issue 19. P. 5117. DOI: 10.3390/en13195117Larsson F., Andersson P., Blomqvist P., Mellander B.E. Toxic fluoride gas emissions from lithium-ion battery fires // Scientific Reports. 2017. Vol. 7. Isuue 1. P. 10018. DOI: 10.1038%2Fs41598-017-09784-zLarsson F., Andersson P., Blomqvist P., Mellander B.E. Toxic fluoride gas emissions from lithium-ion battery fires // Scientific Reports. 2017. Vol. 7. Isuue 1. P. 10018. DOI: 10.1038%2Fs41598-017-09784-zLiu Y., Duan Q., Xu J., Li H., Sun J., Wang Q. Experimental study on a novel safety strategy of lithium-ion battery integrating fire suppression and rapid cooling // Journal of Energy Storage. 2020. Vol. 28. P. 101185. DOI: 10.1016/j.est.2019.101185Liu Y., Duan Q., Xu J., Li H., Sun J., Wang Q. Experimental study on a novel safety strategy of lithium-ion battery integrating fire suppression and rapid cooling // Journal of Energy Storage. 2020. Vol. 28. P. 101185. DOI: 10.1016/j.est.2019.101185Sertsova A., Krasilnikov S., Lee S-S., Kim J-S. The effect of epoxy resin on the properties of encapsulated fire extinguishing agent // Fire Science and Engineering. 2019. Vol. 33. Issue 5. Pp. 19–27. DOI: 10.7731/KIFSE.2019.33.5.019Sertsova A., Krasilnikov S., Lee S-S., Kim J-S. The effect of epoxy resin on the properties of encapsulated fire extinguishing agent // Fire Science and Engineering. 2019. Vol. 33. Issue 5. Pp. 19–27. DOI: 10.7731/KIFSE.2019.33.5.019Li Z., Fu Y., Liu A., Li X., Chen G., Qin P. An experimental study on fire suppression devices for power batteries of hybrid electric multiple units // Fire Technology. 2023. DOI: 10.1007/s10694-022-01351-xLi Z., Fu Y., Liu A., Li X., Chen G., Qin P. An experimental study on fire suppression devices for power batteries of hybrid electric multiple units // Fire Technology. 2023. DOI: 10.1007/s10694-022-01351-xYim T., Park M.-S., Woo S.-G., Kwon H.-K., Yoo J.-K., Jung Y.S. et al. Self-extinguishing lithium ion batteries based on internally embedded fire-extinguishing microcapsules with temperature-responsiveness // Nano Letters, 2015. Vol. 15. Issue 8. Pp. 5059–5067. DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b01167Yim T., Park M.-S., Woo S.-G., Kwon H.-K., Yoo J.-K., Jung Y.S. et al. Self-extinguishing lithium ion batteries based on internally embedded fire-extinguishing microcapsules with temperature-responsiveness // Nano Letters, 2015. Vol. 15. Issue 8. Pp. 5059–5067. DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b01167Yuan S., Chang C., Zhang J., Liu Y., Qian X. Experimental investigation of a micelle encapsulator F-500 on suppressing lithium ion phosphate batteries fire and rapid cooling // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2022. Vol. 79. P. 104816. DOI: 10.1016/j.jlp.2022.104816Yuan S., Chang C., Zhang J., Liu Y., Qian X. Experimental investigation of a micelle encapsulator F-500 on suppressing lithium ion phosphate batteries fire and rapid cooling // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2022. Vol. 79. P. 104816. DOI: 10.1016/j.jlp.2022.104816Wang H., Sun Q., Guo J., Xie S., He Y., Chen X. The efficiency of aqueous vermiculite dispersion fire extinguishing agent on suppressing three typical power batteries // Journal of Electrochemical Energy Conversion and Storage. 2021. Vol. 18. Issue 2. P. 020901. DOI: 10.1115/1.4048368Wang H., Sun Q., Guo J., Xie S., He Y., Chen X. The efficiency of aqueous vermiculite dispersion fire extinguishing agent on suppressing three typical power batteries // Journal of Electrochemical Energy Conversion and Storage. 2021. Vol. 18. Issue 2. P. 020901. DOI: 10.1115/1.4048368

The authors declare that there are no conflicts of interest present.