طی سال‌های اخیر باتریهای لیتیومی به عنوان جایگزین باتریهای سرب – اسیدی در بسیاری از کاربردها شناخته شده‌اند. دلیل این موضوع را می‌توان در چگالی انرژی ذخیره شده، صرفه اقتصادی و طول عمر بیشتر باتریهای تولید شده با این فناوری نسبت به باتریهای سربی اسیدی دانست. این باتریها در هرصورت امکان ذخیره حجم زیادی انرژی را دارند و همچنین از الکترولیتی استفاده می‌کند که فراریت و امکان اشتعال زیادی دارد و به همین خاطر می‌توان احتمال آتش‌سوزی را در این نوع باتریها بالا دانست. حال انجمن ملی حفاظت از آتش‌سوزی آمریکا «NFPA» تحقیقی در زمینه مقایسه احتمال آتش‌سوزی باتریهای سرب-اسیدی و لیتیومی انجام داده است.
بازار نیم میلیارد دلاری باتریهای اسیدی
براساس این گزارش ارزش بازار باتریهای سرب- اسید تا سال ۲۰۱۹ چیزی در حدود ۵۸ میلیارد و ۹۵۰ میلیون دلار برآورد شده که از این میان سهم باتریهای سیلد یا VRLA را ۳۳.۹ درصد دانسته و سهم باتریهای غیرسیلد یا LM برابر با ۶۶.۱ درصد بوده است. خودروها بزرگترین مصرف‌کنندگان باتریهای سرب-اسید به حساب می‌آیند و براساس محاسبه انجام شده از میان ۲۷۹ میلیون و ۶۰۰ هزار دستگاه خودرو حاضر در ایالاتمتحده ۹۳ درصد آنها از باتریهای سربی-اسدیی استفاده می‌کنند، یعنی حداقل در آمریکا ۲۶۰ میلیون مصرف کننده این باتریها در خودرو وجود دارد. ایده اصلی این تحقیق براساس مقاله‌ای از پیتر دمار در سال ۲۰۱۸ انجام شد و براساس آن به این نتیجه‌گیری می‌رسیم که باتریهای غیر سیلد از لحاظ انتقال حرارتی طراحی مناسب‌تری دارند و به خاطر درنظر گرفتن دریچه‌هایی برای خارج شدن هیدروژن تولید شده توسط مایع الکترولیت، حرارت این باتریهای کنترل می‌شود و در مقابل باتریهای سیلد که فضای بسته‌تری را ایجاد کرده‌‌اند، ریسک آتش‌سوزی بیشتر نیز دارند. البته در این مقاله هیچ بررسی از جهت مواد مصرف شده در باتریها و طراحی بسته‌بندی آنها نشده است.
روایت‌هایی از انفجار باتری
در ابتدای پروژه‌ای که این مقاله براساس آن نوشته شده ۲۶ مورد از حوادثی که در آن انفجار باتریهای اسیدی به عنوان عامل اصلی شناخته شده، مورد بررسی قرار گرفته است. از مجموع این موارد ۱۴ حادثه منجر به فوت و ۱۲ نفر دچار آسیب جدی شدند. این آسیب‌ها شامل قطع عضو، سوختگی، آسیب به چشم و یا ناشنوایی بوده‌اند. بازه زمانی حوادث ۴۰ ساله (بین سال‌های ۱۹۷۹ الی ۲۰۱۹) بوده است و سعی شده حوادث اکثر نقاط دنیا جمع‌آوری شود، اما عمده موارد در ایالاتمتحده و استرالیا رخ داده است. همچنین به دلیل قابلیت بالای جلوگیری از آتش‌سوزی در بدنه برخی از باتریها (همچون باتریهای دریایی) به مواد استفاده شده در تمام اجزای باتری توجه شده است. در ادامه به چند مورد از این حوادث می‌پردازیم.
در ۲۵ ماه می سال ۲۰۰۷ یک فروشگاه تجهیزات قایق در سنانتا آنا-کالیفرنیا؛ مردی ۶۸ ساله به عنوان تعمیرکار قایق‌ها، باتری ۱۲ ولتی را در کف مغازه کنار دستگاه شارژ و قایق یک مشتری قرار داده بود. فرد تعمیرکار تا برای اتصال باتری به شارژر می‌کند، این قطعه منفجر می‌شود. این انفجار باعث آتش گرفتن تعمیرکار و مشتری می‌شود. تعمیرگار علارقم اینکه خودش در حال آتش گرفتن بود، تلاش می‌کند آتش قایق را خاموش کند. باوجود اینکه از زمان رسیدن نیروهای امداد تعمیرکار تحت درمان قرار میگیرد، اما کمی پس از رسیدن به بیمارستان به علت شدت جراحات فوت می‌کند.
در روز ۷ سپتامبر سال ۲۰۰۸ دستگاه ولیچری برقی در حین پیاده شده از هواپیمایی با ۲۲۹ مسافر بود. زمانی که اقدام به پیاده کردن این ویلچر روی زمین می‌کنند، ناگهان آتش گرفته و به طور کامل نابود می‌شود. براساس تحقیقات باتری ۱۲ ولت سیلد این ویلچر که از نوع الکترولیت ژلی بوده، دلیل این آتش‌سوزی شناخته می‌شود. البته به دلیل اینکه پیش از پرواز باتری از ویلچر جدا نشده بود، احتمال ایجاد اتصال کوتاه در حین پرواز وارد شده است.
روز ۱۸ دسامبر سال ۲۰۱۹ سایت نیروگاهی میلدفورد در کنتیکت طی حادثه افزایش دمای ۵۰ باتری سرب-اسید ۲۵۰ ولتی آتش گرفت. کارشناسان دلیل این انفجار را مشکلات الکتریکی عنوان کردند. شعله‌های آتش این انفجار چیزی در حدود یک متر بلند شده بود و آتش‌نشان‌ها برای محار این شعله از مواد شیمیایی خشک استفاده کردند. باوجود اینکه گزارش مرگ یا زخمی شدن هیچ فردی در این حادثه ثبت نشد، اما خسارت مالی وارد شده به شدت سنگین بود.
تست‌های آتش
به غیر از بررسی حوادث باتری‌سوزی اخیر، محققان NFPA برای بررسی تفاوت عملکرد باتریهای سیلد «VRLA» و غیر سیلد «LM» در آزمایشگاه ایمن اقدام به قراردادن باتریهای در شرایط سخت کردند تا شرایط آتش‌سوزی هر باتری را مورد بررسی قرار دهند. برای انجام این تست از سه نوع باتری VRLA با بسته‌بندی مخصوص صنعت ارتباطات استفاده شد که مقاومت بیشتری در برابر آتش‌سوزی دارند. در یکی از تست‌ها به مدت یک دقیقه و در تست دیگری به مدت ۲۴ ساعت باتری در شرایط اتصال کوتاه قرار گرفت. در شرایط دیگری باتریها در دمای ۳۲۵ درجه سانتی‌گراد قرار گرفته و در حالت شارژ کامل به دستگاه شارژ متصل شدند. در میانه این تست متوجه انتشار گاز هیدروژن کلرید «HCL» و دی‌اکسید سلفور «SO2» در دمای ۱۲۵ درجه سانتی‌گراد بودیم.
یک نتیجه‌گیری عجیب
براساس اطلاعات جمع‌آوری شده، انفجار و آتش‌سوزی در باتریهای لیتیوم شیوع بیشتری دارد و باتریهای سرب اسید از این لحاظ ایمن‌تر به حساب می‌آیند. همچنین این اطلاعات مشخص می‌کنند که در مورد باتریهای غیر سیلد یا غیر اتمی ساده احتمال کمتری وجود دارد که شعله‌ور شوند، این موضوع از تعداد بیشتر حوادث باتری VRLA کاملا قابل درک است. ظاهرا دریچه‌های درنظر گرفته شده در باتریهای شناور در اسید امکان کنترل شرایط اظطراری را فراهم می‌کند. این موضوع را می‌توان در تست اتصال کوتاه باتریهای نیز مشاهده کرد. از سوی دیگر بسته‌بندی‌های ضداشتعالی که در باتریهای صنعت ارتباطات استفاده می‌شود کارایی خاصی ندارند و در کنار اطلاعات جمع‌آوری شده از حوادث، تست‌های میدانی نیز شاهدی بر این مدعا هستند.
نتیجه‌گیری مقایسه باتریهای سرب-اسید با باتریهای لیتیومی
در پایان این گزارش نتیجه‌گیری شده در مقایسه با باتریهای لیتیومی، باتریهای سرب-اسید خطر کمتری ایجاد می‌کنند. از دلایل این موضوع به چگالی انرژی کمتر و امکان تهویه حرارت در هنگام رخدادن اتصال کوتاه اشاره کرد. همچنین درصد بسیار کم وقوع سانحه در مقابل تعداد بسیاری بالا خودرو و دستگاه‌هایی که از این نوع باتری استفاده می‌کنند، نشان دیگری بر احتمال کمتر آتش‌سوزی باتریهای این فناوری نسبت به باتریهای جدیدتر لیتیومی می‌توان دانست.
