Az elektromobilitás (vagyis az elektromos járművekkel történő közlekedés és az ezzel kapcsolatos fejlesztések) egyre nagyobb felelősséget jelent a tűzoltásban. Legyen szó akár elektromos autóról, akár e-bicikliről, a központi problémát az akkumulátor tűzveszélyessége okozza. És akkor még nem is szóltunk arról, hogy a különféle típusú akkumulátorok eltérő mértékű veszélyt jelentenek. Ezért mai posztunkban három jellemző akkumulátorra foglalkozunk: melyek ezek, mit érdemes róluk tudni, és főleg: mekkora veszélyt jelentenek?

1. Ólomsavas akkumulátorok

Karbantartásmentes szelepvezérlésű ólomsavas akkumulátorok (VRLA), de ismerik még ólomsavas (SLA), vagy szimplán „ciklikus” akkumulátorként is. A legrégebbi elérhető technológia lévén az ólomsavas akkumulátorokat manapság a legszélesebb körben alkalmazzák, számos felhasználási területen. A „ciklikus” elnevezésből adódóan megtalálhatók ciklikus feladatokat ellátó elektromos eszközökben (például műszakokhoz kötött használatú targoncában, vagy akár szünetmentes tápegységekben). A legismertebb felhasználási területe mégis a hagyományos, robbanómotoros autók indítása. 

Használják elektromos kerékpárokban is, hiszen rendkívül költséghatékony alternatívája a lítiumion-akkumulátoroknak (a felhasználói ár kb. 10-20%-a a li-ion akkukénak).

Viszonylag alacsony energiasűrűsége, valamint rövid élettartama miatt az általános, konzumercélú elektromobilitásból egyre inkább kiszorul, vagyis nem található meg modernebb elektromos biciklikben, és főleg hibrid vagy elektromos gépjárművekben (legalábbis fő akkumulátorként). Általában 200, legfeljebb 400 töltés-kisütés ciklust képes elviselni.

Veszély

A savas akkuk tűzveszélyessége kevésbé dokumentált téma. Az amerikai Tűzvédelmi Kutatóalapítvány (FPRF) az Országos Tűzvédelmi Egyesülettel (NFPA) karöltve 2020-ban készített egy jelentést, melynek konklúziója az, hogy az ólomsavas akkumulátorok jelentősen alacsonyabb tűz- és robbanásveszélyt jelentenek a li-ion akkukhoz képest (valószínűleg alacsonyabb energiasűrűségük és eltérő felépítésük okán). Természetesen a felépítés miatt egy sor egyéb veszéllyel kell számolni (a kénsavas oldat által okozott kémiai égés, ólommérgezés stb.), ugyanakkor kiemelt robbanás- és tűzveszéllyel nem.

A savas akkumulátoroknál az ún. hőmegfutás jelensége ismert, ugyanakkor az általában a túl sokáig tartó töltéshez kapcsolódik, így a töltés megszüntetésével maga a folyamat is fékezhető.

2. Nikkel-fémhidrid akkumulátorok

A nikkel-metálhidrid vagy nikkel-fémhidrid (NiMH) akkumulátorokat az autóipar a korai szakaszban felhasználta hibrid gépjárművekben, vagyis ott, ahol nem az autó mozgatása, csak a robbanómotor „segítése” volt a cél.

Ezen felül rengeteg háztartási és barkácseszközben megtalálhatók, áruk ugyanis kedvező, jóval biztonságosabbak a li-ion akkumulátoroknál.

Korábban a NiMH akkumulátorokban problémát jelentett az ún. memóriahatás – amennyiben pl. az akkumulátort folyamatosan 30-60% között használták, ebben a működési tartományban rögzült, vagyis jelentősen veszített kapacitásából. Annak ellenére, hogy a modern NiMH akkumulátorokban ez már szinte egyáltalán nem jelent problémát, az olyan felhasználási területeken, ahol fontos, hogy a kapacitás megtartása érdekében ne legyen szükség a töltés előtti teljes merítésre, inkább li-ion akkumulátort használnak helyette.

További hátrány az igen magas önkisülési ráta: használat híján ez az akkumulátor veszít a töltöttségéből a leggyorsabban.

Veszély

A NiMH akkumulátorok rövidzárlat esetén kisebb eséllyel robbanhatnak (ez a belsejükben lezajló kémiai folyamatokból adódik). Nagyobb eséllyel a nyomás gőz formájában távozik belőlük, esetleg a megrepedt burkolaton keresztül az elektrolit (kálium-hidroxid) nagy sebességgel távozhat.

A szakirodalom nem tart számon hőmegfutási jelenséget a NiMH akkumulátorokkal kapcsolatban, az ilyen típusú akkumulátorokhoz jóval alacsonyabb tűzveszélyességi érték társítható, mint a soron következő li-ion akkumulátorokhoz.

3. Li-ion akkumulátorok

A lítiumion-akkumulátorok (li-ion) az akkumulátoripar jelenlegi legmodernebb, nagy tömegben elérhető termékei, amelyek kifejezetten nagy energiasűrűségük, illetve hosszú élettartamuk miatt évek óta töretlen népszerűségnek örvendenek. (Akár 1000 ciklus, szemben a savas akkuk 200, illetve a NiMH akkuk 400 körüli értékével.) A működési hőmérséklettartományra sem olyan érzékenyek, ugyanakkor – és jelen összeállítás szempontjából ez a legfontosabb tulajdonságuk – rendkívül tűzveszélyesek is lehetnek.

Veszély

A li-ion akkumulátorok tűzveszélyességének megítélése meglehetősen nehéz feladat, hiszen a veszély alapja az ún. hőmegfutás jelensége, amely ugyanakkor csak bizonyos körülmények között következik be.

A hőmegfutás lényege, hogy sérülés, túltöltés, zárlat vagy egyéb ok miatt megsérült cella melegedni kezd, a hőt pedig a környező celláknak adja át, amelyek szintén melegedni kezdenek, és így tovább – ez pedig egy olyan láncreakciót indít be az akkumulátorban, amely heves láng- és füstképződéssel, burkolatrepedéssel, akár robbanással is végződhet. Erről a jelenségről, valamint arról, hogy miért a víz a leginkább megfelelő „oltóanyag”, itt írtunk bővebben.

Összefoglalás

Savas akkumulátor

• régi, alacsonyabb tűzveszélyességű technológia
• alacsony energiasűrűség
• megtalálható például régebbi típusú elektromos biciklikben, autók indító akkumulátoraként, targoncákban, csónak- és hajólámpák világítástáplálásaként stb.

NiMH akkumulátor

• régi, alacsonyabb tűzveszélyességű technológia
• közepes energiasűrűség
• megtalálható régebbi típusú hibrid gépjárművek akkumulátoraként, bizonyos e-bicikli vagy e-roller típusokban, rengeteg háztartási és barkácseszközben, a „tölthető elemek” jelentős része is ilyen (AA, AAA méret)

Li-ion akkumulátor

• viszonylag új, magasabb tűzveszélyességű technológia
• magas energiasűrűség
• megtalálható modern elektromos gépjárművekben, bizonyos modern háztartási és barkácseszközökben, mobiltelefonokban, viszonylag új elektromos biciklikben, e-rollerekben stb.

A magasabb tűzveszélyesség nem feltétlenül jelenti azt, hogy maga a li-ion technológia veszélyes – de a jelenlétében körültekintően kell eljárni!

Szakirodalom

Andrey W. Golubkova, Rene Planteua, Bernhard Rascha, Christiane Essla, Alexander 
Thalera, Viktor Hackerb: Thermal runaway and battery fire: comparison of Li-ion, Ni-MH and sealed lead-acid batteries

Fazel Mohammadi, Mehrdad Saif: A comprehensive overview of electric vehicle batteries market

Marcel Held, Martin Tuchschmid, Markus Zennegg, Renato Figi, Claudia Schreiner, Lars Derek Mellert, Urs Welte, Michael Kompatscher, Michael Hermann, Léa Nachef: Thermal runaway and fire of electric vehicle lithium-ion battery and contamination of infrastructure facility

Polygeneration with Polystorage for Chemical and Energy Hubs For Energy and Chemicals, Chapter 4 - Single and Polystorage Technologies for Renewable-Based Hybrid Energy Systems

Trent Parker, Larissa Obeng and Qingsheng Wang [NFPA]: Fire Hazard Assessment of Lead Acid Batteries

A poszt a Rescue Security & Safety VII projekt részeként jelent meg.