کاربردها و اهمیت ایمنی باتری‌های لیتیوم-یون

باتری‌های لیتیوم-یون (Li-ion) به دلیل چگالی انرژی و توان بالا، وزن کم و عمر طولانی، به گزینه‌ای محبوب برای تجهیزات الکترونیکی قابل‌حمل، خودروهای برقی، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی و کاربردهای صنعتی تبدیل شده‌اند. این باتری‌ها از اوایل دهه ۱۹۹۰ به بازار عرضه شدند و اکنون در دستگاه‌های روزمره (گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها)، وسایل نقلیه الکتریکی و حتی فضاپیماها به‌کار می‌روند. با وجود مزایای قابل‌توجه، نگرانی‌های ایمنی به‌خصوص در زمینه حریق باتری‌های لیتیوم-یون رو به افزایش است. آمارها نشان می‌دهند در سال‌های اخیر حوادث آتش‌سوزی مرتبط با این باتری‌ها روند صعودی داشته و حتی منجر به خسارات جانی و مالی شده است. از این‌رو، درک خطرات آتش‌سوزی باتری لیتیوم-یون و روش‌های اطفای موثر آن‌ها برای ایمنی کاربران و صنایع مختلف ضروری است.

خطرات آتش‌سوزی در باتری‌های لیتیوم-یون (فرار حرارتی و عوامل مؤثر)

باتری لیتیوم-یون از اجزای اصلی کاتد (اکسیدهای فلز لیتیوم)، آند (معمولاً گرافیت)، جداکننده و الکترولیت آلی قابل‌اشتعال تشکیل شده است. این ترکیب به باتری امکان ذخیره انرژی بالا را می‌دهد، اما در صورت آسیب یا سوء‌عملکرد می‌تواند منجر به واکنش‌های زنجیره‌ای خطرناک شود. یکی از پدیده‌های کلیدی در آتش‌سوزی باتری، فرار حرارتی (Thermal Runaway) است. هنگامی که دمای داخلی باتری به بالاتر از محدوده‌ی عملکرد ایمن برسد (مثلاً بر اثر گرم‌شدن بیش از حد محیط، شارژ بیش از حد، یا وقوع اتصال کوتاه داخلی)، اجزای شیمیایی باتری شروع به تجزیه و واکنش‌های گرمازا می‌کنند. در مراحل اولیه ممکن است لایه محافظ داخلی (لایه SEI) تخریب شود و در حدود ۸۰–۱۰۰°C واکنش‌های ناخواسته آغاز گردد. با ادامه افزایش دما (بالاتر از ~۱۵۰°C)، واکنش‌های شدیدتری بین الکترولیت آلی و الکترودها رخ می‌دهد و گازهای قابل‌اشتعال (مانند ترکیبات آلی فرار) آزاد می‌شود. در این حالت یک واکنش زنجیره‌ای خودافزا شکل می‌گیرد که به آن فرار حرارتی گفته می‌شود. طی فرار حرارتی، دمای سلول می‌تواند به سرعت از حدود ۱۰۰°C به بیش از ۶۰۰–۱۰۰۰°C برسد. در عمل گزارش شده که دمای داخلی سلول ممکن است ظرف چند ثانیه از ۲۱۲°F (حدود ۱۰۰°C) به ۱۸۰۰°F (حدود ۱۰۰۰°C) جهش کند. این افزایش دما باعث آتش‌گرفتن یا حتی انفجار سلول (اصطلاحاً venting with flame) می‌شود.

از دیگر عوامل خطر در حریق باتری لیتیوم-یون، ایجاد اکسیژن داخلی است. ترکیب کاتدهای اکسیدی لیتیوم (مانند اکسید کبالت لیتیوم یا اکسیدهای نیکل-منگنز-کبالت) به گونه‌ای است که در دماهای بالا تجزیه شده و اکسیژن آزاد می‌کنند. به بیان دیگر، هنگام فرار حرارتی، خود باتری تبدیل به منبع تولید اکسیژن می‌شود. این موضوع بسیار حائز اهمیت است زیرا آتش برای تداوم سوختن به اکسیژن نیاز دارد؛ باتری که درون خود اکسیژن آزاد می‌کند حتی در محیط‌های کم‌اکسیژن یا تحت خفه‌کننده‌های معمول نیز می‌تواند به سوختن ادامه دهد. بنابراین، آتش‌سوزی باتری لیتیوم-یون ماهیت خودپشتیبان پیدا می‌کند و خاموش‌کردن آن دشوارتر از یک حریق معمولی است. علاوه بر این، در فرار حرارتی باتری، ترکیبی از انواع مواد سوختنی وجود دارد: ماده‌ی الکترولیت مایع قابل‌اشتعال (که مانند حریق‌های مایع قابل‌اشتعال کلاس B رفتار می‌کند)، گازهای تولید‌شده (که می‌توانند مخلوط‌های قابل انفجار ایجاد کنند) و حتی مواد فلزی در کاتد یا رسوبات لیتیم فلزی در آند (با ماهیت سوختن فلزات قابل‌اشتعال کلاس D). این تنوع سوخت سبب می‌شود حریق باتری لیتیوم-یون به‌طور همزمان ویژگی‌های چند کلاس حریق را داشته باشد و انتخاب ماده اطفا را پیچیده کند.

خلاصه اینکه خطرات اصلی آتش‌سوزی باتری Li-ion عبارت‌اند از: وقوع اتصال کوتاه داخلی یا آسیب فیزیکی (نفوذ) که منجر به گرم‌شدن داخلی می‌شود؛ فرار حرارتی به‌عنوان واکنش زنجیره‌ای غیرقابل‌کنترل؛ آزاد شدن گازها و اکسیژن داخلی؛ و دمای بسیار بالا که می‌تواند به آتش‌سوزی شدید یا انفجار منجر شود. این ویژگی‌ها ایجاب می‌کنند که استراتژی‌های اطفای حریق برای باتری‌های لیتیوم-یون با دقت و بر پایه دانش تخصصی انتخاب شوند.

ناکارآمدی خاموش‌کننده‌های رایج برای آتش باتری لیتیوم-یون

با توجه به ماهیت خاص حریق‌های ناشی از باتری لیتیوم-یون، بسیاری از خاموش‌کننده‌های متداول در اطفای این آتش‌ها با چالش مواجه می‌شوند. در این بخش به بررسی کارایی و محدودیت‌های چند خاموش‌کننده رایج (آب، فوم، CO₂ و پودر خشک معمولی) در برابر حریق Li-ion می‌پردازیم:

• آب (Water): آب به‌عنوان خنک‌کننده‌ی قوی شناخته می‌شود و در نگاه اول گزینه‌ای منطقی برای کاهش دمای باتری در حال آتش‌سوزی است. در حقیقت، برخلاف باتری‌های لیتیوم فلزی که حاوی لیتیم واکنش‌پذیر هستند، باتری‌های لیتیوم-یون لیتیم فلزی آزاد بسیار کمی دارند، لذا آب مستقیماً با فلز لیتیم واکنش خطرناک انجام نمی‌دهد. تحقیقات نشان داده آب می‌تواند آتش باتری Li-ion را خاموش کرده و باتری را خنک کند و مانع ادامه واکنش‌های گرمازا شود. با این حال، استفاده از آب معایبی نیز دارد. اول آن‌که برای باتری‌های بزرگ (مثلاً پک‌های خودروی برقی یا انبار باتری) حجم بسیار زیادی آب نیاز است تا گرمای درونی باتری کاملاً جذب و دما مهار شود. اگر مقدار آب کافی نباشد یا به همه سلول‌های درگیر نرسد، امکان بازگشت و شعله‌ورشدن مجدد (re-ignition) وجود دارد. دوم، آب به‌تنهایی توانایی ایجاد لایه خفه‌کننده روی سطح حریق را ندارد و صرفاً با جذب گرما عمل می‌کند. در مواردی که ساختار باتری محدودیت دسترسی دارد (مثلاً ماژول‌های محصور)، آب ممکن است به همه نقاط داغ نرسد. به علاوه، کاربرد آب در محیط‌های الکتریکی فعال نیازمند احتیاط است (هرچند در مورد باتری‌ها، پس از وقوع آتش معمولاً مدارها تخریب شده و خطر برق‌گرفتگی کمتر است). با این وجود، بسیاری از منابع آبی را همچنان یکی از کارآمدترین ابزارهای اطفای حریق Li-ion می‌دانند زیرا خنک‌سازی مداوم تنها راه مهار کامل فرار حرارتی است.
• فوم (کف خاموش‌کننده کلاس A/B): خاموش‌کننده‌های فوم برای آتش‌های مایعات قابل‌اشتعال (کلاس B) و جامدات (کلاس A) طراحی شده‌اند و از طریق خنک‌کردن و ایجاد لایه‌ای کف‌آلود که مانع رسیدن هوا می‌شود، آتش را می‌نشانند. در مورد باتری لیتیوم-یون، فوم می‌تواند تا حدودی شعله‌های ناشی از الکترولیت مایع را خفه کند یا پخش مایع مشتعل را محدود سازد. اما مشکلی که وجود دارد این است که آتش باتری Li-ion اغلب به صورت جت‌های شعله‌ور گاز داغ از دریچه‌های اطمینان یا ترکیدگی سلول‌ها فوران می‌کند. این خروج گاز با سرعت بالا باعث پراکندن یا شکافتن لایهٔ فوم می‌شود و امکان ندارد کف به‌طور کامل سطح باتری یا شعله را پوشش دهد. در نتیجه، اطفای کامل با فوم کلاس B در این موارد چالش‌برانگیز است. همچنین فوم برخلاف آب خالص، توان جذب حرارت محدودی دارد و اگر آتش توسط حرارت درونی باتری تغذیه شود، کف ممکن است نتواند جلوی استمرار واکنش‌های داخلی را بگیرد. بنابراین فوم‌های معمولی در حریق باتری بیشتر نقش مکمل (برای خفه کردن سطحی آتش مایع الکترولیت) را دارند و به‌تنهایی احتمالاً کافی نیستند.
• گاز دی‌اکسید کربن (CO₂): خاموش‌کننده CO₂ با تزریق گاز سرد و خفه‌کننده، اکسیژن محیط اطراف حریق را کاهش می‌دهد و شعله را خنثی می‌کند. این روش در حریق‌های کلاس B و C (مایعات و تجهیزات الکتریکی) موثر است و مزیت آن عدم برجاگذاشتنResidue پس از استفاده است. با این حال، در مورد باتری‌های لیتیوم-یون، CO₂ انتخاب چندان مؤثری نیست. دلیل اصلی آن است که آتش باتری Li-ion همانطور که اشاره شد، از درون خود اکسیژن تولید می‌کند و وابستگی کمتری به O₂ محیط دارد. بنابراین حتی اگر محیط اطراف با CO₂ پر شود و موقتاً شعله خفه گردد، واکنش‌های داخلی می‌توانند ادامه یابند و پس از پراکنده‌شدن CO₂ دوباره آتش شعله‌ور شود. افزون بر این، دی‌اکسید کربن خاصیت خنک‌کنندگی ضعیفی دارد (به‌رغم سرد بودن گاز خروجی، ظرفیت گرمایی کافی برای جذب حرارت زیاد یک باتری داغ را ندارد). پژوهش‌ها تایید کرده‌اند که CO₂ در خاموش‌کردن آتش باتری لیتیوم-یون کارآمد نیست و نمی‌تواند از افزایش دوباره دما و آتش‌گیری مجدد جلوگیری کند. به عنوان نمونه، NFPA و مراجع فنی دیگر استفاده از CO₂ را برای این نوع حریق توصیه نمی‌کنند مگر در غیاب گزینه بهتر و صرفاً برای فروکش موقت شعله‌های باز.
• پودر خشک معمولی (خاموش‌کننده‌های پودر کلاس ABC یا BC): خاموش‌کننده‌های پودری متداول (مانند پودر شیمیایی خشک ABC حاوی مونوآمونیم‌فسفات، یا پودر BC حاوی بی‌کربنات سدیم) در بسیاری از اماکن به‌عنوان خاموش‌کننده همه‌کاره وجود دارند. این پودرها با مکانیسم شیمیایی واکنش زنجیره‌ای آتش را مختل می‌کنند و پوششی روی سوخت ایجاد می‌کنند که از رسیدن اکسیژن جلوگیری می‌کند. در مواجهه با آتش باتری Li-ion، پودرهای معمول می‌توانند برای لحظاتی شعله را سرکوب کنند، اما مشکل اساسی عدم توانایی آن‌ها در خنک‌سازی است. باتری ممکن است علی‌رغم خاموش شدن موقت شعله، همچنان در داخل گرمای زیادی تولید کند و پس از مدتی کوتاه دوباره مشتعل شود (پدیده re-ignition). مطالعات تجربی نشان داده‌اند که پودر ABC در اطفای حریق باتری لیتیوم-یون موثر نیست؛ مثلاً در آزمایش‌های رائو و همکاران (۲۰۱۵) و لی و همکاران (۲۰۱۵) مشخص شد که پودر شیمیایی استاندارد نتوانست آتش باتری را مهار کند. مکانیزم عملکرد این پودر (جذب حرارت از طریق تجزیه آنتی‌مونیاک فسفات در دمای بالای ۲۰۰°C) در برابر شدت و سرعت انتشار حرارت یک باتری دچار فرار حرارتی کافی نبوده است. به علاوه، ذرات پودر ممکن است به نواحی عمیق آتش (مثلاً داخل محفظه باتری یا لا‌به‌لای سلول‌ها) نرسند و بیشتر روی سطوح بیرونی عمل کنند. یک نکته دیگر، مسائل بهداشتی و پاکسازی است: تخلیه حجم زیاد پودر در یک محیط بسته می‌تواند دید را کاهش داده و باعث مشکلات تنفسی شود. همچنین پس از اطفا، باقی‌مانده‌ی خورنده پودر ممکن است به تجهیزات الکترونیکی پیرامون آسیب برساند. با این اوصاف، از پودر معمولی به عنوان آخرین راه‌حل برای فرونشاندن اولیه شعله می‌توان استفاده کرد، ولی انتظار خاموشی کامل و عدم بازگشت آتش از آن نمی‌رود.

در مجموع، خاموش‌کننده‌های رایج هر یک محدودیت‌های جدی در برابر آتش‌سوزی باتری‌های Li-ion دارند. آب قدرت خنک‌کنندگی خوبی دارد اما نیاز به حجم زیاد و تداوم کاربرد دارد؛ فوم در مهار شعله‌های سطحی مفید است ولی در برابر فوران گازهای داغ چالش دارد؛ CO₂ به دلیل عدم خنک‌سازی و وجود اکسیژن داخلی باتری ناکافی است؛ و پودر خشک استاندارد نیز به علت عدم مهار گرمای درونی و امکان شعله‌وری مجدد موثر واقع نمی‌شود. اینجاست که نیاز به راهکارهای ویژه برای این نوع حریق احساس می‌شود که در ادامه به مهم‌ترین آن‌ها یعنی خاموش‌کننده‌های کلاس D می‌پردازیم.

خاموش‌کننده‌های کلاس D: ترکیب شیمیایی، عملکرد، مزایا و محدودیت‌ها

حریق‌های کلاس D طبق تعریف شامل آتش‌سوزی فلزات قابل‌اشتعال (مانند منیزیم، آلومینیوم پودر شده، سدیم، پتاسیم و لیتیم فلزی) هستند. این فلزات در دمای بالا به شدت با اکسیژن واکنش می‌دهند و برخی حتی با آب یا CO₂ نیز واکنش خطرناک دارند؛ لذا اطفای آن‌ها به خاموش‌کننده‌های مخصوص نیاز دارد. خاموش‌کننده‌های کلاس D حاوی عوامل پودری خشک ویژهای هستند که برخلاف پودرهای معمولی، با فلزات داغ واکنش نمی‌کنند و می‌توانند با ایجاد یک لایه محافظ و جذب گرما آتش فلز را مهار کنند. در زمینه باتری‌های لیتیوم-یون، هرچند لیتیم موجود در آن عمدتاً به صورت ترکیب یونی است نه فلز خالص، اما هنگام بروز حریق شدید، شرایطی شبیه آتش فلزات ایجاد می‌شود (مثلاً ممکن است لیتیم فلزی بر اثر تخلیه و دمای بالا در آند رسوب کند یا قطعات فلزی داغ در باتری وجود داشته باشد). بنابراین استفاده از خاموش‌کننده کلاس D می‌تواند راهکاری مؤثر برای مهار حریق باتری Li-ion باشد. در این بخش اجزای شیمیایی و نحوه عملکرد این خاموش‌کننده‌ها و همچنین مزایا و محدودیت‌هایشان را بررسی می‌کنیم:

ترکیب شیمیایی و انواع عامل‌های کلاس D: چند نوع پودر رایج برای خاموش‌کننده‌های کلاس D وجود دارد: – کلرید سدیم (نمک) پایه‌: بسیاری از خاموش‌کننده‌های فلزات از پودر سدیم کلرید (NaCl) با افزودنی‌های ویژه تشکیل شده‌اند. به عنوان مثال، پودر معروف Super D شرکت Amerex عمدتاً از نمک معمولی به همراه عوامل ضدکلوخه و روان‌ساز تشکیل شده است. این پودر هنگام پاشش روی آتش فلز داغ، به سرعت ذوب می‌شود و یک قشر محافظ جامد روی سطح فلز می‌سازد که آن را از هوا کاملاً ایزوله می‌کند. لایه‌ی نمک مذاب علاوه بر خفه کردن آتش، حرارت را نیز جذب و پخش می‌کند و عملاً به عنوان یک سینک حرارتی عمل می‌نماید. این نوع خاموش‌کننده برای آتش منیزیم، سدیم، پتاسیم و آلیاژهای آن‌ها بسیار موثر است. در مورد باتری Li-ion نیز پودر سدیم کلرید می‌تواند روی مجموعه باتری پاشیده شود و با ایجاد لایه عایق، جلوی رسیدن اکسیژن را بگیرد و حرارت را تا حدی جذب کند.

• گرافیت پودر شده: نوع دیگر عامل کلاس D، پودر گرافیت است. گرافیت (کربن بلوری) رسانای بسیار خوب حرارت است و در عین حال یک جامد پایدار در دمای بالا محسوب می‌شود. زمانی که پودر گرافیت نرم روی یک آتش فلزی پاشیده می‌شود، ذرات ریز آن با چگالی بالا دور ماده‌ی سوختنی فلزی را می‌پوشانند و مانند یک پتوی سنگین عمل می‌کنند که هم تبادل حرارت را کاهش می‌دهد و هم فضای خالی را پر کرده و اکسیژن‌رسانی را محدود می‌کند. در واقع گرافیت نقش دوگانه دارد: از یک سو به عنوان جاذب حرارت قوی، دمای فلز مشتعل را پایین می‌آورد و آن را به زیر نقطه اشتعال می‌رساند؛ و از سوی دیگر با خاصیت چسبندگی ذرات ریز، به‌طور مؤثر آتش را خفه می‌کند. خاموش‌کننده‌های محتوی گرافیت (گاه با نام تجاری Lith-X) برای فلز لیتیم و برخی فلزات با دمای اشتعال بسیار بالا توصیه می‌شوند، زیرا گرافیت می‌تواند حرارت‌های فوق‌العاده زیاد را تحمل کند بدون آن‌که خود دچار واکنش شود. در حریق باتری لیتیوم-یون، پودر گرافیت یکی از گزینه‌های اصلی کلاس D است که قادر است شعله‌های ناشی از بخش‌های فلزی و حتی الکترولیت را خاموش کرده و با جذب گرما از گسترش آتش جلوگیری کند.
• پودر مس خالص: یکی از پیشرفته‌ترین عوامل خاموش‌کننده کلاس D پودر مس است. تحقیقات و تجربیات (از جمله در نیروی دریایی ایالات متحده) نشان داده که پودر مس به‌طرز چشمگیری در مهار آتش فلز لیتیم مؤثر است. مس فلزی چگالی و ظرفیت حرارتی بالایی دارد؛ زمانی که به صورت پودر نرم پاشیده می‌شود، به سرعت گرمای فلز مشتعل را جذب کرده و آن را سرد می‌کند (نقش سینک حرارتی بسیار قوی). گزارشی از شرکت Amerex اشاره می‌کند که عامل مسی آن‌ها که برای آتش لیتیم توسعه داده شده، ۲ تا ۳ برابر موثرتر از گرافیت در خاموش‌کردن حریق لیتیم عمل می‌کند. مزیت دیگر پودر مس، سنگین‌تر و متراکم‌تر بودن آن نسبت به گرافیت است؛ بنابراین در صورت وجود آتش لیتیم در ابعاد سه‌بعدی یا عمقی (مثلاً درون یک محفظه یا روی سطح عمودی)، ذرات مس بهتر روی سطح می‌نشینند و حتی به دیواره‌های عمودی می‌چسبند و پوشش کاملی فراهم می‌کنند. برای جلوگیری از هرگونه واکنش ناخواسته، خاموش‌کننده‌های پودر مس معمولاً با گاز نجیب (مثلاً آرگون) تحت فشار قرار می‌گیرند، زیرا گاز نیتروژن با لیتیم داغ می‌تواند ترکیبات واکنش‌پذیر تشکیل دهد. استفاده از پودر مس برای باتری‌های لیتیوم-یون دچار حریق (به‌خصوص اگر بسته باتری شامل سلول‌های متعدد باشد) بسیار مفید است، چون این پودر می‌تواند سریعاً نقاط داغ را سرد کرده و از انتشار آتش به سلول‌های دیگر جلوگیری نماید.

علاوه بر سه نوع اصلی فوق، گاهی از ترکیبات دیگری نظیر کربنات سدیم (سودا اش) یا مخلوط‌های ویژه‌ی دیگر نیز به عنوان عوامل کلاس D استفاده می‌شود. مهم این است که هر ماده‌ای که به عنوان خاموش‌کننده فلزات به‌کار می‌رود، خود غیرفعال بوده و با فلز گداخته واکنش شیمیایی شدید ندهد و در عین حال بتواند با پوشاندن و سردسازی، آتش را مهار کند.

نحوه عملکرد و مزایا: همانگونه که از توضیح ترکیبات برمی‌آید، وجه مشترک عملکرد خاموش‌کننده‌های کلاس D ایزوله‌کردن و جذب حرارت است. وقتی پودر کلاس D به مقدار کافی روی آتش ریخته شود، عملاً یک سد فیزیکی بین فلز مشتعل و اتمسفر ایجاد می‌کند؛ بعضی مواد (مثل نمک) با ذوب‌شدن یک قشر چسبنده تشکیل می‌دهند که تمام منافذ را می‌بندد، برخی دیگر (مثل گرافیت و مس) با تراکم بالای خود تمام سطح را می‌پوشانند و اجازه تبادل گاز را نمی‌دهند. در هر دو حالت، نتیجه عدم دسترسی اکسیژن تازه به سوخت است که خفگی آتش را در پی دارد. همزمان، این پودرها گرمای شدید فلز سوزان را به‌سرعت جذب می‌کنند؛ گرافیت گرما را به خود هدایت کرده و پخش می‌کند، نمک با جذب حرارت به حالت مذاب در می‌آید، و مس نیز گرما را در شبکه فلزی خود می‌گیرد و منتقل می‌کند. به این ترتیب دمای ماده سوختنی کاهش می‌یابد و به زیر نقطه آتش‌گیری سقوط می‌کند. مزیت بزرگ دیگر خاموش‌کننده‌های کلاس D این است که با مواد واکنش‌پذیر سازگارند – یعنی اگر روی فلز داغ ریخته شوند، بر خلاف آب یا CO₂ هیچ واکنش شیمیایی خطرناک (مثل انفجار یا تولید گاز سمی) ایجاد نمی‌کنند. این ویژگی در مورد لیتیم فلزی و برخی ترکیبات داخل باتری بسیار حیاتی است. همچنین پودرهای کلاس D عایق جریان الکتریسیته هستند و می‌توانند در محیط‌های الکتریکی بدون ترس از برق‌گرفتگی به‌کار روند، هرچند در زمان حریق شدید باتری معمولاً سیستم الکتریکی از کار افتاده است. نقطه قوت دیگر، ماندگاری آن‌هاست؛ به محض اعمال، لایه پودر می‌تواند تا مدت طولانی از شعله‌ورشدن مجدد جلوگیری کند، چون مانند یک پوشش محافظ باقی می‌ماند (تا زمانی که دما کاملاً پایین آید). این در حالی است که گاز CO₂ یا بخارهای شیمیایی پس از چند لحظه پراکنده می‌شوند و اثرشان از بین می‌رود.

محدودیت‌ها و ملاحظات کاربردی: با وجود مزایای فوق، خاموش‌کننده‌های کلاس D نیز محدودیت‌هایی دارند که باید در کاربرد آن‌ها در حریق باتری Li-ion در نظر گرفت: – مهم‌ترین نکته، لزوم کاربرد کافی و کامل است. پودر کلاس D باید به مقدار زیاد و به صورت کامل تمام سطوح درگیر آتش را بپوشاند. اگر بخش‌هایی از باتری یا سلول‌های داغ بدون پوشش بمانند، همچنان امکان سوختن یا حتی نفوذ اکسیژن از آن نقاط هست. اعمال پودر به صورت ناقص می‌تواند آتش را پنهان کند ولی در زیر پودر همچنان واکنش ادامه یابد. بنابراین اپراتور باید اطمینان حاصل کند که لایه‌ای ضخیم (حدود چند سانتی‌متر) از پودر تمام زوایا و شکاف‌های باتری را دربر گرفته است. – خاموش‌کننده‌های کلاس D معمولاً فقط برای مرحله سوختن فلزی/شیمیایی طراحی شده‌اند و اثر اطفایی بر مواد دیگر ندارند. به عنوان مثال اگر بخشی از پلاستیک‌های بسته‌بندی باتری یا سایر مواد مجاور آتش گرفته باشند، پودر کلاس D روی آن مواد همانند پودر ABC عمل نمی‌کند (ممکن است نتواند زنجیره احتراق آن‌ها را مختل کند). در چنین مواردی ممکن است نیاز باشد پس از مهار بخش فلزی/شیمیایی توسط کلاس D، برای اطمینان از خاموشی کامل سایر مواد از خاموش‌کننده‌های مکمل (مثلاً پودر ABC یا آب برای سردکردن) استفاده شود. این خاصیت تک‌منظوره بودن را باید به عنوان محدودیت در نظر گرفت. – از دید ایمنی و بهداشت، همان مشکلی که برای پودرهای شیمیایی گفته شد، اینجا هم مطرح است: پودرهای کلاس D می‌توانند معلق شده و باعث کاهش دید یا تحریک تنفسی شوند. کار کردن در محیط اشباع از پودر ایجاب می‌کند که تیم اطفا از ماسک و محافظ چشم استفاده کنند. برخی ترکیبات فلزی سوخته (مثلاً اکسیدها) نیز ممکن است سمی باشند؛ بنابراین جابه‌جایی بقایای پودر و ماده سوخته باید با رعایت نکات ایمنی (دستکش، ماسک، تهویه) انجام شود. – محدودیت دیگر، دسترسی و آموزش است. خاموش‌کننده‌های کلاس D به‌اندازه خاموش‌کننده‌های ABC در دسترس عموم نیستند و معمولاً در محیط‌های صنعتی خاص نگهداری می‌شوند. همچنین کار با آن‌ها نیازمند آموزش است، چرا که شیوه به‌کارگیری (مثلاً روش پوشاندن تدریجی آتش با پودر بدون پراکندن بیش از حد آن) با خاموش‌کننده‌های معمول فرق دارد. در استانداردهای ایمنی (مانند الزامات OSHA) تصریح شده که در اماکنی که خطر آتش فلزات وجود دارد، علاوه بر تأمین خاموش‌کننده مناسب در فاصله نزدیک، آموزش پرسنل برای استفاده صحیح از آن الزامی است. – نکته فنی دیگر اینکه خاموش‌کننده کلاس D گرچه آتش را خفه و سرد می‌کند، اما سردسازی عمیق را تضمین نمی‌کند. به بیان دیگر ممکن است دمای برخی بخش‌های داخلی باتری هنوز بالا باشد ولی آتش موقتاً خاموش شده باشد. اگر پودر کنار زده شود یا باتری جابه‌جا گردد، امکان تماس دوباره اکسیژن و شعله‌ور شدن وجود دارد. بنابراین پس از اعمال خاموش‌کننده کلاس D باید صبر کافی کرد تا گرمای داخل باتری به‌طور کامل تخلیه شود و حتی‌الامکان پس از آن، باتری را به محل ایمن (ترجیحاً خارج ساختمان) منتقل کرد. برخی پروتکل‌ها توصیه می‌کنند باتری سوخته ۲۴ ساعت در یک ظرف ماسه یا آب نگهداری و تحت نظارت باشد تا از عدم re-ignition اطمینان حاصل شود.

با در نظر گرفتن این موارد، می‌توان نتیجه گرفت که خاموش‌کننده‌های کلاس D نقش بسیار مهمی در اطفای حریق باتری‌های لیتیوم-یون دارند، خصوصاً در مهار مرحله اولیه‌ی آتش‌سوزی و جلوگیری از گسترش آن. این خاموش‌کننده‌ها با ترکیبات ویژه خود قادرند بخشی از مشکلی را حل کنند که آب، فوم، CO₂ و پودرهای معمولی از پس آن برنمی‌آیند: یعنی مهار واکنش فلزات داغ و قطع اکسیژن‌رسانی درونی. اما برای اطمینان از خاموشی کامل و سرد شدن باتری، معمولاً ترکیب‌شان با سایر روش‌ها و همچنین رعایت فرآیندهای تکمیلی ضروری است که در ادامه به آن می‌پردازیم.

مقایسه عملکرد آزمایشگاهی و تجربی خاموش‌کننده‌های مختلف روی آتش باتری لیتیوم-یون

در سال‌های اخیر پژوهش‌های متعددی به‌صورت آزمایشگاهی و میدانی انجام شده تا کارایی نسبی مواد اطفایی گوناگون را در مواجهه با آتش‌سوزی باتری‌های Li-ion ارزیابی کنند. نتایج این تحقیقات تصویر واضح‌تری از نقاط قوت و ضعف هر روش به دست می‌دهد. در این بخش، برخی یافته‌های کلیدی این مطالعات را مرور و مقایسه می‌کنیم:

• کارایی پودر خشک معمولی (ABC) و CO₂ در آزمایش‌ها: همانطور که در بخش‌های قبل اشاره شد، مطالعات مستقلی عدم اثربخشی خاموش‌کننده‌های معمول را تأیید کرده‌اند. برای مثال، در یک تحقیق گزارش شده CO₂ نتوانست به‌طور کامل آتش باتری Li-ion را خاموش کند یا از داغ‌شدن مجدد آن جلوگیری نماید. علت این امر، هم ضعف در خنک‌سازی و هم تأثیر ناچیز بر واکنش‌های درونی باتری ذکر شده است. همچنین پودر شیمیایی ABC در آزمایش‌های کنترل‌شده، حتی زمانی که به میزان کافی روی باتری پاشیده شد، موفق به اطفای پایدار نشد و با قطع پاشش، شعله مجدداً زبانه کشید. پژوهشگران دریافته‌اند که این پودر به دلیل دمای بالای واکنش‌های باتری (>200°C) عملاً خیلی دیر وارد عمل می‌شود و سرعت و شدت تولید گرمای باتری فراتر از توان جذب حرارت پودر است. بنابراین یافته‌های علمی پشتوانه توصیه‌های عملی قرار گرفته که از به‌کارگیری تنها این خاموش‌کننده‌ها برای باتری لیتیوم-یون خودداری شود.
• برتری سیستم‌های آب‌پایه و مه آب: در مقابل خاموش‌کننده‌های سنتی، آب و روش‌های آب‌پایه (نظیر افشانه‌های مه‌آب یا آب به‌همراه افزودنی‌ها) نتایج بهتری نشان داده‌اند. یک بررسی جامع در سال ۲۰۲۰ گزارش کرد که آب به عنوان یک عامل خنک‌کننده و سرکوب‌کننده شعله بسیار کارآمد شناسایی شده و سامانه مه‌پاش آب به عنوان یکی از امیدبخش‌ترین تکنیک‌ها برای اطفای حریق باتری Li-ion معرفی می‌شود. در آزمایش‌های سازمان‌های معتبری مانند اداره هوانوردی فدرال (FAA) و شرکت‌های ایمنی دریایی (DNV-GL)، اسپرینکلرهای آب توانستند آتش ماژول‌های باتری را خاموش کنند و حرارت را به‌طور مداوم پایین نگه دارند، در حالی‌که خاموش‌کننده‌های غیرآبی گرچه شعله را خاموش کردند اما اثر سرمایشی کافی برای جلوگیری از برگشت آتش نداشتند. برای نمونه، در یک سری تست، روش‌های مختلفی از جمله عوامل کپسولی F-500 (افزودنی مخصوص آب)، ژل FireIce، کف ویژه (PyroCool)، آئروسول خنثی‌کننده (Stat-X) و آب ساده بررسی شدند؛ همه این سیستم‌ها در نهایت شعله‌های باتری را خاموش کردند ولی بهترین نتیجه در زمینه جلوگیری از گرمایش مجدد با سیستم‌های مبتنی بر آب (خصوصاً آب حاوی افزودنی) حاصل شد. دلیل آن است که آب با ظرفیت حرارتی بالا، تنها عاملی بود که توانست پس از قطع شعله، باتری را برای مدت طولانی خنک نگه دارد. همچنین اضافه‌کردن عوامل افزودنی به آب به بهبود عملکرد کمک می‌کند؛ پژوهش‌ها نشان داده‌اند افزودن سورفکتانت‌ها و مواد ژل‌ساز به آب می‌تواند حجم آب موردنیاز را کاهش داده و اثر سرکوب‌کنندگی را تسریع کند. برای مثال، تیم اگلهاف و همکاران (۲۰۱۳) دریافتند که ترکیب آب با ۱% محلول F-500 یا 1.8% محلول Firesorb (دو ماده افزودنی کپسوله‌کننده/سردساز) زمان اطفا را کوتاه‌تر کرده و مقدار آب مصرفی را کم می‌کند. همچنین در یک آزمایش توسط Li و همکاران (۲۰۱۵)، استفاده از مه آب حاوی ۳% فوم کف AFFF روی آتش یک پک باتری ۱۸۶۵۰ نشان داد که این ترکیب قادر است پدیده بازافروزی را به شکل قابل توجهی به تأخیر بیندازد و در مقایسه با پودر ABC و CO₂ عملکرد بهتری داشته است. این نتایج علمی همگی بر اهمیت عنصر خنک‌سازی در کنترل فرار حرارتی تأکید دارند.
• تأثیر خاموش‌کننده‌های گازی ویژه (FM-200، Novec 1230 و هالون‌ها): برخی تحقیقات به کارایی گازهای هالوژنه یا پاک‌کننده در محیط‌های بسته پرداخته‌اند. برای مثال، هالون 1301 (گاز سنتی اطفای حریق در هواپیماها) و جایگزین‌های مدرن‌تر آن مانند FM-200 (HFC-227ea) و Novec 1230 در شرایط محصور مورد آزمایش قرار گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهد این گازها می‌توانند شعله باتری را در لحظه خاموش کنند؛ به‌خصوص FM-200 در مقایسه با CO₂ و پودر، سرکوب بهتری نشان داده است. همچنین Novec 1230 در یک مطالعه چینی موفق به اطفای حریق باتری شده است. با این حال، مشکل اصلی همچنان باقی است: هیچ‌یک از این عوامل گازی توانایی سردکردن داخل باتری را ندارند. لذا مشاهده شده که هرچند آتش اولیه خاموش می‌شود، سلول به گرم‌شدن ادامه داده و امکان شعله‌ورشدن مجدد زیاد است. به همین دلیل، پژوهش‌های جدید تأکید می‌کنند که گازهای اطفایی تنها در فضاهای بسته که بتوان غلظت کافی از آن‌ها را حفظ کرد کاربرد دارند، و حتی در آن شرایط هم باید تمهیدات مکمل برای خنک‌سازی یا خارج کردن باتری درگیر اندیشیده شود. در مجموع، عوامل گازی جایگزین هالون نقش تکمیلی دارند اما به‌تنهایی راه‌حل قطعی برای آتش باتری Li-ion نیستند.
• کارایی خاموش‌کننده‌های کلاس D و عوامل نوآورانه: از آن‌جا که پودرهای کلاس D به‌طور سنتی برای فلزات طراحی شده‌اند، مطالعات اختصاصی کمتری روی باتری Li-ion داشته‌اند. با این حال، شواهد موجود از منابع صنعتی و تجارب ایمنی نشان می‌دهد که این پودرها در عمل بسیار مؤثر واقع می‌شوند. در بسیاری از مراکز تحقیقاتی، هنگام آزمایش باتری‌های بزرگ، سطل‌های شن یا گرافیت برای مواقع اضطراری پیش‌بینی می‌شود و گزارش شده که پودر گرافیت توانسته شعله‌های شدید باتری را مهار کند. یک شرکت مدیریت ریسک (Sigma7) نیز توصیه می‌کند برای آتش‌سوزی‌های بزرگ باتری لیتیوم-یون، از پودر گرافیت یا خاموش‌کننده‌های مخصوص فلزات استفاده شود، چرا که باتری‌های کوچک حاوی لیتیم اندک را می‌توان با آب خاموش کرد ولی در مقیاس‌های بزرگ‌تر وجود عامل کلاس D تفاوت‌ساز است. به علاوه، توسعه پودرهای جدید مانند ترکیب مس برای حریق لیتیم (بر اساس گزارش Amerex) نویدبخش بهبود عملکرد در این حوزه بوده است؛ چنانکه پیش‌تر ذکر شد، عامل مسی تا ۳ برابر کارایی گرافیت بر روی آتش لیتیم داشته است. اگرچه این نتیجه در تست‌های فلز لیتیم خالص به دست آمده، اما می‌توان انتظار داشت در مورد باتری‌هایی که دچار حریق شدید می‌شوند نیز کاربرد داشته باشد، به‌خصوص اگر سلول‌ها دچار تخریب کامل شده و اجزای فلزی آن‌ها در حال سوختن باشد.

علاوه بر موارد کلاس D سنتی، اخیراً عوامل اطفایی نوین مخصوص باتری به بازار معرفی شده‌اند. یکی از آن‌ها AVD (Aqueous Vermiculite Dispersion) یا افشانه حاوی ورمیکولیت است. در این روش، ذرات میکرونی ورمیکولیت (یک ماده معدنی ورقه‌ای با نقطه ذوب بالا) در آب معلق شده و به شکل غبار روی آتش پاشیده می‌شوند. پس از تماس با سطح داغ، آب تبخیر شده و ورمیکولیت به صورت یک پوشش معدنی نسوز روی ماده را می‌گیرد و ضمن سد کردن اکسیژن، گرمای زیادی را نیز جذب می‌کند. این فناوری ترکیبی از مزایای آب (قابلیت پاشش و سیالیت برای نفوذ) و پودر خشک (پوشش جامد پایدار) را فراهم می‌کند. گزارش شده است که خاموش‌کننده‌های حاوی AVD توانسته‌اند بدون بازافروزی آتش باتری‌های لیتیوم-یون را مهار کنند و به دلیل فاقد مواد سمی و PFAS بودن، دوستدار محیط زیست نیز هستند. هرچند AVD را می‌توان نوعی خاموش‌کننده کلاس D به حساب آورد (چرا که ماده جامد معدنی اعمال می‌کند)، اما به دلیل داشتن پایه آب، در رده جدیدی دسته‌بندی می‌شود.

جدول‌وار اگر جمع‌بندی کنیم: پژوهش‌های موجود دلالت بر این دارند که آب/مه‌آب با افزودنی موثرترین راه مهار و پیشگیری از گسترش مجدد حریق باتری است، در حالی که پودر و CO₂ معمولی ناکافی هستند. گازهای پاک مانند FM-200 و Novec می‌توانند به طور موقت آتش را خاموش کنند اما تضمینی بر عدم شعله‌وری مجدد ندارند. پودرهای کلاس D و مواد نوآورانه نیز در عمل کارایی بالایی نشان داده‌اند و می‌توانند به عنوان ابزار کلیدی در کنار آب به کار گرفته شوند. این یافته‌ها راهنمای ما در بخش بعدی برای پیشنهاد بهترین راهکار اطفا خواهند بود.

بهترین گزینه یا ترکیب مواد اطفا برای محیط‌های با ریسک بالای آتش‌سوزی باتری لیتیوم-یون

با توجه به آنچه گذشت، اکنون می‌توان استراتژی‌های مؤثر برای اطفای حریق باتری‌های Li-ion در محیط‌های پرخطر را پیشنهاد کرد. محیط‌هایی نظیر خودروهای برقی (EV)، انبارهای ذخیره باتری و کارخانجات تولید یا بازیافت باتری دارای تراکم انرژی بالا و پتانسیل حریق گسترده هستند و باید به ترکیبی از اقدامات اطفایی مجهز شوند. در اینجا بر اساس مباحث قبلی، بهترین گزینه‌ها یا ترکیب مواد اطفا را بررسی می‌کنیم:

• سیستم‌های آب‌پاش (اسپرینکلر) یا مه آب در محیط‌های ثابت: برای فضاهای ثابت مانند انبار باتری یا خطوط تولید، تقریباً تمامی استانداردهای معتبر (نظیر NFPA 855 مربوط به سیستم‌های ذخیره انرژی) وجود اسپرینکلر خودکار آبی را الزام می‌کنند. آب پاششی می‌تواند در صورت شروع آتش، به سرعت وارد عمل شده و با خنک‌سازی مداوم از پیشرفت فرار حرارتی جلوگیری کند. البته طراحی این سیستم‌ها باید متناسب با خطر خاص باتری باشد؛ به عنوان مثال، FM Global توصیه کرده برای انبار باتری‌های Li-ion، چگالی پاشش آب حداقل در حد خطر زیاد (۰٫۳۰ گالن بر دقیقه بر فوت مربع) در نظر گرفته شود و در صورت ارتفاع زیاد قفسه‌ها، از اسپرینکلرهای داخل رک (in-rack) نیز استفاده گردد. آب‌پاشی خودکار این مزیت را دارد که حتی در غیاب افراد، آتش را مهار اولیه کرده و دمای سایر باتری‌ها را پایین نگه می‌دارد تا از گسترش آتش به یک فاجعه بزرگ جلوگیری شود. برای تکمیل اثر بخشی، در برخی موارد سیستم مه‌آب پرفشار پیشنهاد می‌شود که با قطرات ریزتر، سطح تماس بیشتری ایجاد کرده و کارایی خنک‌سازی بالاتری به ازای واحد حجم آب دارد. چنین سیستم‌هایی به‌ویژه در فضاهای بسته (مانند اتاق باتری یا کابین خودروهای خاص) می‌توانند با حداقل خسارت آب، آتش را اطفا کنند. در مجموع، آب مبنای اصلی حفاظت فعال در این محیط‌هاست.
• تجهیز محیط به خاموش‌کننده‌های دستی کلاس D و آموزش کارکنان: وجود سیستم‌های ثابت آبی نباید ما را از اهمیت اقدامات دستی تکمیلی غافل کند. برای محیط‌هایی با ریسک بالای باتری، خاموش‌کننده‌های قابل حمل کلاس D (حاوی پودر گرافیت، سدیم کلرید یا مس) حتماً باید در نزدیکی محل‌های خطر نصب شوند. این کپسول‌ها امکان می‌دهند در لحظات اولیه بروز حادثه – مثلاً در خط تولید اگر یک سلول هنگام آزمایش دچار حریق شد – کارکنان آموزش‌دیده سریعاً مداخله کنند و با پودر مخصوص آتش را بپوشانند قبل از آن‌که به سایر سلول‌ها سرایت کند. طبق مقررات OSHA، برای هر ناحیه کار روی فلزات قابل‌اشتعال، خاموش‌کننده کلاس D باید در فاصله حداکثر ۷۵ فوتی در دسترس باشد و پرسنل حداقل سالی یکبار در مورد استفاده از آن آموزش ببینند. در سناریوی انبارداری باتری نیز، وجود چند کپسول کلاس D در نقاط مختلف سوله و آموزش پرسنل انبار می‌تواند به جلوگیری از گسترش یک آتش کوچک به کل انبار کمک کند. به عنوان مثال، اگر در انبار باتری ماژولی دچار حرارت شد و علائم دود مشاهده گردید، پرسنل می‌توانند با پودر کلاس D همان پک را پوشانده و به فضای باز منتقل کنند، در حالی که اسپرینکلرها بالاسر در حال پاشش و خنک‌سازی هستند. این رویکرد ترکیبی (اثرشکن فوری با کلاس D و سردسازی مداوم با آب) احتمال موفقیت را بسیار بالا می‌برد.
• رویه‌های خاص اطفای خودروی برقی: در مورد خودروهای برقی، به دلیل اینکه باتری در پک‌های بسته در کف خودرو قرار گرفته، شیوه اطفا کمی متفاوت است. تجربه آتش‌نشانان نشان داده که بهترین راهکار جاری، استفاده گسترده از آب برای خنک‌کردن پک باتری از بیرون است، گاه با هزاران لیتر آب یا فروبردن خودرو در مخزن آب. این اقدام برای پایین‌آوردن دمای باتری و جلوگیری از سرایت حرارت به سلول‌های همجوار حیاتی است. در عین حال، برخی تیم‌های آتش‌نشانی از ابزارهای تکمیلی مانند لانس نفوذی (که آب را مستقیماً به داخل پک باتری تزریق می‌کند) یا پتوی نسوز (برای خفه کردن موقت شعله‌های بیرونی و مهار پراکندگی آتش) استفاده می‌کنند. اما آیا خاموش‌کننده کلاس D در صحنه تصادف خودروی برقی کاربرد دارد؟ پاسخ این است که می‌تواند مفید باشد اما با محدودیت. اگر بخشی از باتری یا ماژول‌ها بیرون ریخته و در حال سوختن باشند (مثلاً در تصادفی که پک شکسته)، استفاده از پودر کلاس D (گرافیت یا مس) روی قطعات پراکنده می‌تواند شعله آن‌ها را مهار کند و از پراکندن آتش به بخش‌های دیگر خودرو جلوگیری نماید. حتی در صورت عدم دسترسی سریع به حجم زیاد آب، یک کپسول کلاس D می‌تواند آتش را مهار موقت کند تا آب کافی برسد. برخی سازمان‌های آتش‌نشانی مجهز به خاموش‌کننده‌های لیتیم ویژه (مثلاً کپسول‌های حاوی مس یا AVD) شده‌اند که در صحنه تصادفات EV همراه دارند. با این وجود، برای پک دست‌نخورده و بزرگ، پودر به تنهایی کارساز نخواهد بود چون به داخل پک نفوذ نمی‌کند. در چنین شرایطی همچنان راه حل نهایی، خنک‌سازی طولانی‌مدت با آب است. بنابراین در خودروهای برقی، بهترین رویکرد ترکیبی عبارت است از: استفاده سریع از عوامل کلاس D برای مهار شعله‌های بیرونی و قطعات جداشده‌ی باتری، و سپس اعمال حجم انبوه آب (یا غوطه‌ورسازی) برای سرد کردن کامل پک و جلوگیری از بروز مجدد آتش.
• عوامل اطفای پیشرفته و جایگزین‌های دوستدار محیط زیست: برای محیط‌های خاص (مانند اتاق‌های سرور مجهز به UPS با باتری Li-ion یا کارگاه‌های الکترونیکی حساس به رطوبت)، شاید آب یا پودر سنتی انتخاب ایده‌آل نباشد. در این موارد، استفاده از سامانه‌های پاک نظیر FM-200 یا Novec 1230 در ترکیب با حسگرهای اولیه تشخیص حرارت می‌تواند آتش را در لحظه‌های آغازین خفه کند و فرصت را برای اقدامات تکمیلی فراهم آورد. همچنین استفاده از خاموش‌کننده‌های جدید مثل AVD (اسپری ورمیکولیت) گزینه جذابی است، چرا که تجهیزات الکتریکی را دچار آسیب آب نمی‌کند و پس از استفاده به‌راحتی تمیز می‌شود. برای مثال، در یک مرکز آزمایش باتری می‌توان کپسول‌های AVD را جایگزین CO₂ کرد تا هم کارایی بهتری در مهار باتری داشته باشد و هم آثار مخرب کمتری بر محیط و افراد بگذارد. در انبارها یا کارخانه‌ها، کف‌پوش کردن محیط با لایه‌های ضدحریق و تعبیه سینی‌های جمع‌آوری مایعات می‌تواند از گسترش آتش ناشی از الکترولیت جلوگیری کند. ضمناً پیشگیری نیز بخشی از بهترین ترکیب دفاعی است: نگهداری باتری‌ها در حالت شارژ متوسط (حدود ۳۰–۵۰٪) برای کاهش شدت واکنش در صورت آتش‌سوزی، فراهم کردن تهویه مناسب جهت جلوگیری از تجمع گازهای قابل‌اشتعال، و نصب آشکارسازهای سریع (دود، حرارت یا سنسورهای گاز مانند سنجش HF) برای آگاهی زودهنگام از شروع حریق.

با لحاظ همه موارد فوق، می‌توان بهترین رویکرد را این‌گونه خلاصه کرد: استفاده از قابلیت خنک‌کنندگی بالای آب (یا عوامل آب‌پایه پیشرفته) برای متوقف کردن واکنش‌های فرار حرارتی، همراه با بهره‌گیری از پودرهای کلاس D تخصصی برای مهار موضعی شعله‌ها و فلزات داغ. این دو ابزار یکدیگر را تکمیل می‌کنند و نقاط ضعف هم را می‌پوشانند. در محیط‌های پرخطر، آماده‌سازی باید طوری باشد که هم سیستم‌های خودکار (اسپرینکلر/مه‌پاش) و هم تجهیزات دستی (کپسول‌های کلاس D، پتوی حریق و …) مهیا باشد و پرسنل نیز آموزش کافی دیده باشند. تنها با این استراتژی چندلایه می‌توان اطمینان حاصل کرد که در صورت وقوع آتش‌سوزی باتری لیتیوم-یون، خسارات جانی و مالی به حداقل ممکن محدود شود.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

باتری‌های لیتیوم-یون به عنوان قلب تپنده فناوری‌های نوین انرژی همراه با مزایای فراوان، چالشی جدی در حوزه ایمنی آتش‌سوزی ایجاد کرده‌اند. ویژگی منحصر‌به‌فرد این باتری‌ها در ایجاد فرار حرارتی و داشتن ترکیبی از سوخت‌های مایع، گازی و فلزی، سبب می‌شود حریق آن‌ها رفتار پیچیده‌ای داشته باشد و با روش‌های اطفای سنتی به‌سادگی مهار نشود. بررسی‌ها نشان داد که خاموش‌کننده‌های رایج مانند آب، کف، CO₂ و پودر شیمیایی معمول هر یک کاستی‌هایی در برابر آتش باتری Li-ion دارند: آب برای تاثیرگذاری نیازمند حجم زیاد و استمرار است؛ فوم در برابر فوران‌های گازی باتری ناپایدار است؛ CO₂ قدرت سردسازی ندارد و باتری خود تولید اکسیژن می‌کند؛ و پودرهای ABC فاقد توان مهار گرمای درونی هستند و امکان بازگشت شعله وجود دارد. در این میان، خاموش‌کننده‌های کلاس D به دلیل ماهیت خاص‌شان نقش کلیدی پیدا می‌کنند. این خاموش‌کننده‌ها با ترکیباتی نظیر سدیم کلرید، گرافیت و مس، قادرند فلزات مشتعل (از جمله اجزای داغ باتری) را با ایجاد پوشش و جذب حرارت خاموش کنند. مزیت بزرگ آن‌ها توان خفه‌کردن واکنش‌های شدید فلزی بدون واکنش خطرناک است که در حریق باتری بسیار ارزشمند است. البته آن‌ها هم محدودیت‌هایی دارند (لزوم پوشش کامل و خنک‌نکردن عمقی)، اما در کنار آب می‌توانند موثرترین ترکیب را تشکیل دهند.

مطالعات آزمایشگاهی تأیید می‌کنند که روش ترکیبی بهترین نتیجه را در پی دارد؛ آب و مه‌آب توانسته‌اند فرار حرارتی را کنترل و از شعله‌وری مجدد جلوگیری کنند، در حالی‌که افزودن عوامل کپسوله‌کننده یا کف به آب این اثر را بهبود داده است. از سوی دیگر، در صحنه‌های عملی، حضور کپسول‌های کلاس D بارها از گسترش آتش جلوگیری کرده است و متخصصان ایمنی به استفاده از آن‌ها در کنار سایر خاموش‌کننده‌ها توصیه می‌کنند. بنابراین، در محیط‌هایی مانند انبار باتری، خودروهای برقی و کارگاه‌های تولید، باید یک طرح دفاع چندلایه پیاده‌سازی شود: سیستم‌های اسپرینکلر یا مه‌پاش برای خنک‌سازی خودکار گسترده، خاموش‌کننده‌های دستی کلاس D برای مهار فوری کانون‌های آتش و جلوگیری از سرایت، و همچنین آموزش و پروتکل‌های پس از حریق (مانند خنک نگه‌داشتن طولانی و مانیتورینگ باتری‌ها جهت جلوگیری از rekindle).

در نهایت، ایمنی در برابر آتش‌سوزی باتری‌های لیتیوم-یون یک حوزه پویا و در حال پیشرفت است. استانداردها و دستورالعمل‌های معتبری نظیر NFPA و نیز مقالات علمی IEEE و سایر مجامع، به‌تدریج با به‌دست آمدن داده‌های جدید به‌روزرسانی می‌شوند. بر اساس دانش کنونی، بهترین ماده اطفا را نمی‌توان یک گزینه واحد دانست، بلکه بهره‌گیری هوشمندانه از چندین ماده و تکنیک به صورت مکمل راهگشاست. خاموش‌کننده‌های کلاس D ستون فقرات این استراتژی هستند که با مهار بخش‌های فلزی و حرارت شدید، کار را برای سایر خاموش‌کننده‌ها تسهیل می‌کنند. با اتخاذ رویکرد ترکیبی و جامع – شامل پیشگیری، آشکارسازی سریع، مهار اولیه با کلاس D، خنک‌سازی گسترده با آب/مه، و پایش پس از اطفا – می‌توان ریسک‌های ناشی از باتری‌های لیتیوم-یون را تا حد قابل توجهی کاهش داد و از فناوری‌های نوین انرژی با اطمینان بیشتری بهره‌برداری کرد.