تنتشر مؤخرًا حرائق بطاريات الليثيوم أيون المستعملة في المركبات الكهربائية بكثرة، الأمر الذي يؤدي إلى خسائر جسيمة وانفجارات عنيفة، نظرًا للطبيعة الحرارية القوية لهذه البطاريات.

وتسبَّب اشتعال إحدى البطاريات من هذا النوع، يوم الخميس 26 سبتمبر/أيلول (2024)، بحالة اضطراب في عدد من المواني الأميركية، مما دفعها إلى وقف عملياتها في محاولة لتجنّب الخسائر المحتملة.

وكان انقلاب إحدى الشاحنات المحمّلة بشحنة من هذه البطاريات قد تسبَّب في واحدة من أخطر حرائق بطاريات الليثيوم أيون، بالقرب من طريق "أوشن أند نافي" الحيوي، الفاصل بين مواني لوس أنجلوس وميناء لونغ بيتش بولاية كاليفورنيا.

وتتفوق حرائق بطاريات الليثيوم أيون عن نظيرتها في سيارات البنزين والديزل في الشدة والخطورة، إذ تصعب السيطرة عليها، وقد تستمر لساعات طويلة، كما أن الخسائر الناجمة عنها عادة ما تكون جسيمة، وفق بيانات التصنيع التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

الهروب الحراري

أرجع المتخصص في الطاقة المتجددة المهندس ناصر صبر، حدوث حرائق بطاريات الليثيوم أيون إلى حدوث ظاهرة التزايد الحراري أو الهروب الحراري Thermal Runaway.

وأشار صبر -في تصريحات إلى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)- إلى أن حرائق بطاريات الليثيوم أيون تحدث نتيجة ارتفاع درجة حرارة البطارية بصورة سريعة، وبطريقة لا يمكن السيطرة عليها، نتيجة تعرّضها لأحد العوامل الآتية:

1- قصر في الدائرة الداخلية للبطارية: يمكن أن يحدث قصر الدائرة بسبب تعرّض البطارية لأضرار مادية، أو نتيجة عيوب في التصنيع، أو بسبب انهيار العوازل الداخلية بين الخلايا، وحينما يحدث اتصال مباشر بين الأنود والكاثود، يتسبب ذلك بزيادة سريعة في درجات حرارة البطارية.

2- الشحن الزائد أو التفريغ الزائد: يؤدي تجاوز حدود الشحن أو التفريغ الموصى بهما في النشرة الفنية للبطارية إلى إجهاد البطارية، مما يسبّب ارتفاع درجة حرارتها، كما قد يؤدي ذلك إلى دخولها في حالة التزايد الحراري.

3- التعرض لمصادر حرارة خارجية: يمكن أن يؤدي التعرض لدرجات حرارة عالية محيطة بالبطارية إلى دخولها في حالة التزايد الحراري، ما يسبّب حدوث حرائق بطاريات الليثيوم أيون.

4- انهيار وتحلل الإلكترولايت (المحلول الكهربائي أو وسيط نقل الشحنات بين الأنود والكاثود للبطارية): عند درجات الحرارة المرتفعة، يمكن أن ينهار الإلكترولايت، وينتج عن انهيار وسيط نقل الشحنات في بطاريات الليثيوم ايون "Electrolyte" انبعاث غازات وحرارة عالية قد تؤدي بدورها إلى دخول البطارية أو إحدى خلاياها في حالة التزايد الحراري.

5- أنظمة إدارة البطاريات رديئة الجودة (BMS): قد يفشل نظام إدارة البطارية BMS في تنظيم الشحن والتفريغ بشكل صحيح، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة للبطارية أو إحدى خلاياها بطريقة لا يمكن التحكم فيها.

6- العمر: تكون البطاريات القديمة أو المُستعمَلة بكثرة أكثر عرضة لظهور مشكلات داخلية يمكن أن تؤدي إلى ظاهرة التزايد الحراري، ما يؤدي بدوره إلى حرائق بطاريات الليثيوم أيون.

ويوضّح الإنفوغرافيك التالي -الذي أعدّته منصة الطاقة المتخصصة- ظاهرة التزايد الحراري أو الهروب الحراري:

انبعاث غازات سامة

حذّر المهندس ناصر صبر من أن ظاهرة التزايد الحراري المؤدية إلى حرائق بطاريات الليثيوم أيون قد تشكّل خطورة عالية حال حدوثها، مُرجعًا ذلك إلى أن ارتفاع درجة حرارة البطارية لمستوى كبير يكون مصحوبًا بانبعاث غازات سامة ودخان كثيف.

وأوضح أن الغازات المنبعثة قد تتسبب في حدوث انفجار إذا كانت في محيط مساحة مغلقة، موضحًا أن ظاهرة التزايد الحراري قد تنتهي بحريق يصعب إخماده خلال وقت قصير.

ولفت إلى أن ظاهرة التزايد الحراري تبدأ بتعرُّض إحدى خلايا البطارية لأحد العوامل سالفة الذكر، التي تُعدّ المُحفز الأولي، ثم تبدأ حرارة بطارية الليثيوم في الارتفاع إلى أن ينهار ويتفكك الإلكترولايت -وسيط نقل الشحنات بين الأنود والكاثود في البطارية- وتنهار معه المكونات الداخلية للبطارية.

وأشار إلى أنّ تحلُّل الإلكترولايت نتيجة زيادة درجة الحرارة يقود البطارية إلى سلسلة من التفاعلات التي ينتج عنها ارتفاع أكبر لدرجة الحرارة.

ويؤدي استمرار ارتفاع درجة الحرارة إلى تسرّب الغازات خارج البطارية، وقد يتسبب ضغط الغازات المرتفع إلى حدوث انفجار، وقد تنشب حرائق بطاريات الليثيوم أيون في بعض الأحيان نتيجة الانفجار والحرارة المرتفعة.

وتدخل البطارية فيما يشبه الحلقة المفرغة، فمع كل ارتفاع إضافي في درجة الحرارة تنهار المكونات الداخلية للبطارية، وتتحلل أكثر مُسبّبةً سلسلة جديدة من التفاعلات، التي بدورها تقود إلى ارتفاع أكبر في درجة الحرارة، وهكذا.

أبرز المؤشرات

أوضح المتخصص في الطاقة المتجددة المهندس ناصر صبر -خلال تصريحاته إلى منصة الطاقة- أن هناك عددًا من المؤشرات التي تدل على بدء حالة التزايد الحراري في بطاريات الليثيوم، أبرزها ما يلي:

1- ارتفاع درجة الحرارة السريع، حيث تصبح البطارية ساخنة بشكل غير عادي عند لمسها.

2- الانتفاخ أو التورم لغلاف البطارية نتيجة تراكم الغازات داخل البطارية.

3- أصوات توحي بتسرب الغازات من غلاف البطارية إلى خارجها.

4- تصاعد الدخان وانتشار الروائح الكيميائية القوية.

5 - تغيُّر لون البطارية، وقد تظهر عليها، أو على محيطها، علامات الاحتراق أو الذوبان.

وأوصى صبر في حالة ملاحظة أيٍّ من هذه المؤشرات، بضرورة نقل البطارية إلى مكان آمن، وتجنّب التعامل المباشر معها.

ويوضّح الإنفوغرافيك التالي -الذي أعدّته منصة الطاقة المتخصصة- تركيب خلية بطارية الليثيوم أيون:

توصيات مهمة

قال صبر، إنه لا بدّ من مراعاة عدم معايير من أجل تجنّب تعرُّض بطاريات الليثيوم لحوادث التزايد الحراري، أبرزها ضمان جودة نظام إدارة البطارية ( BMS)، والحفاظ على البطارية من التعرض للتلف المادي، وضمان سلامة ممارسات الشحن والتفريغ، وعدم تعرُّض البطارية لمصادر حرارة خارجية تحت أيّ ظروف.

وقدّم صبر عددًا من النصائح لضمان عمر أطول وتشغيل آمن وخالٍ من حوادث لبطاريات الليثيوم، وهي:

1- تجنُّب تعرُّض البطارية لأضرار مادية، مثل ثقب البطارية أو اسقاطها وتلف بعض مكوناتها، يمكن أن يؤدي التلف المادي إلى حدوث ماس كهربائي داخلي في البطارية.

2- تجنُّب الشحن الزائد للبطارية، أو الشحن في درجات حرارة عالية، وكذلك التفريغ الجائر، والالتزام بتعليمات الشركة المُصنّعة بخصوص حدود الشحن والتفريغ.

3- ضرورة وضع البطارية في مكان بارد وجاف بعيدًا عن التعرض لأشعة الشمس المباشرة، أو درجات الحرارة العالية، وبعيدًا عن الماء والرطوبة.

4- الفحص الدوري للبطارية، والتأكد من عدم وجود علامات التلف أو التورم أو تسرب الغازات من البطارية، وإذا لوحظ وجود أيّ من هذه المؤشرات أو غيرها، يجب التخلص من البطارية بشكل صحيح وأمن.

5- عند نقل البطارية يجب أن توضع في تغليف واقٍ لمنع حدوث ماس كهربائي بين أقطاب البطارية.

6- الالتزام الدائم بإرشادات السلامة المقدّمة من الشركة المُصنّعة للبطارية.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..