ไหม้แล้วดับยาก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน กับการเกิด Thermal Runaway ไฟลุกแล้วดับแทบไม่ได้!
การเกิดเพลิงไหม้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium-ion Battery) เป็นกระบวนการทางเคมีที่ซับซ้อนและอันตรายกว่าเพลิงไหม้ทั่วไป โดยมีลักษณะเฉพาะที่เรียกว่า Thermal Runaway
สรุปสั้น
การเกิดเพลิงไหม้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium-ion Battery) เป็นกระบวนการทางเคมีที่ซับซ้อนและอันตรายกว่าเพลิงไหม้ทั่วไป โดยมีลักษณะเฉพาะที่เรียกว่า Thermal Runaway
ข้อมูลที่ยืนยันแล้ว
✓ ไหม้แล้วดับยาก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน กับการเกิด Thermal Runaway ไฟลุกแล้วดับแทบไม่ได้! (70%)
รายละเอียด
ไหม้แล้วดับยาก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน กับการเกิด Thermal Runaway ไฟลุกแล้วดับแทบไม่ได้!
การเกิดเพลิงไหม้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium-ion Battery) เป็นกระบวนการทางเคมีที่ซับซ้อนและอันตรายกว่าเพลิงไหม้ทั่วไป โดยมีลักษณะเฉพาะที่เรียกว่า Thermal Runaway หรือ สภาวะความร้อนหนีศูนย์ ซึ่งสามารถอธิบายลำดับเหตุการณ์และสาเหตุได้ดังนี้
สาเหตุของการเกิดเพลิงไหม้
ความร้อนสะสมจนเกิดการลุกไหม้มักมาจาก 3 ปัจจัยหลัก คือ
ความเสียหายทางกายภาพ ถูกกระแทกอย่างรุนแรงจนแผ่นกั้น (Separator) ภายในเซลล์ฉีกขาด
ความผิดพลาดทางไฟฟ้า การชาร์จไฟเกิน (Overcharge) หรือการเกิดไฟฟ้าลัดวงจรภายใน (Internal Short Circuit)
ความร้อนจากภายนอก การอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ร้อนจัดจนสารเคมีภายในเริ่มสลายตัว
กลไกการเกิด Thermal Runaway
เมื่อเซลล์แบตเตอรี่มีความร้อนสูงเกินขีดจำกัด (โดยปกติจะเริ่มที่ประมาณ 130-150°C) จะเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ดังนี้
การสลายตัวของชั้นเคลือบ: ชั้นป้องกันบนขั้วแบตเตอรี่จะเริ่มละลาย
ปฏิกิริยาคายความร้อน สารเคมีภายในเริ่มทำปฏิกิริยากันเองและปลดปล่อยความร้อนออกมามากขึ้นเรื่อยๆ โดยไม่ต้องพึ่งพาความร้อนจากภายนอก
ความร้อนที่สูงขึ้นทำให้อิเล็กโทรไลต์ระเหยกลายเป็นก๊าซที่ไวไฟสูงและสะสมแรงดันภายในเซลล์
การระเบิดและลุกไหม้ เมื่อแรงดันสูงเกินไป เปลือกหุ้มจะแตกออกและปล่อยก๊าซไวไฟออกมาสัมผัสกับออกซิเจนภายนอก เกิดเป็นไฟที่รุนแรงและดับได้ยาก
ความแตกต่างจากการไหม้ของเชื้อเพลิงทั่วไป
Self-Oxygenating ปฏิกิริยาเคมีภายในแบตเตอรี่สามารถปลดปล่อยออกซิเจนออกมาได้เอง ทำให้ไฟลุกไหม้ต่อได้แม้จะใช้ถังดับเพลิงเคมีแห้งฉีดกลบเพื่อไล่ออกซิเจนภายนอก
Re-ignition แบตเตอรี่ที่ไฟดับแล้วสามารถกลับมาลุกไหม้ใหม่ได้ (Re-ignite) หากความร้อนภายในยังไม่ลดลงต่ำกว่าจุดวิกฤต เพราะความร้อนที่เหลืออยู่สามารถกระตุ้นเซลล์ข้างเคียงที่ยังไม่ไหม้ให้เกิด Thermal Runaway ต่อได้
Toxic Fumes ก๊าซที่ปล่อยออกมามีความเป็นพิษสูง เช่น ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (Hydrogen Fluoride) ซึ่งเป็นอันตรายต่อระบบทางเดินหายใจ
เหตุผลที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเมื่อเกิดเพลิงไหม้แล้วมีความรุนแรงและดับยากกว่าเพลิงไหม้ทั่วไป มาจากปัจจัยหลักทางเคมีและโครงสร้างภายใน ดังนี้
ปรากฏการณ์ Thermal Runaway (ความร้อนหนีศูนย์)
นี่คือหัวใจสำคัญของปัญหา เมื่อเซลล์แบตเตอรี่ได้รับความเสียหายหรือร้อนจัด จะเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ สร้างความร้อนด้วยตัวเอง ความร้อนที่เกิดขึ้นจะไปกระตุ้นให้เซลล์ข้างเคียงร้อนตามและไหม้ต่อไปเรื่อยๆ เหมือนโดมิโน ทำให้เพลิงไหม้ลุกลามอย่างรวดเร็วและต่อเนื่องยาวนานจนกว่าพลังงานในทุกเซลล์จะหมดไป
แบตเตอรี่ผลิตออกซิเจนได้เองขณะลุกไหม้
โดยปกติไฟต้องการองค์ประกอบ 3 อย่างคือ เชื้อเพลิง ความร้อน และออกซิเจน แต่ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เมื่อเกิดความร้อนสูง สารประกอบเคมีในขั้วแคโทดจะสลายตัวและปลดปล่อย ออกซิเจน ออกมาภายในเซลล์โดยตรง
ทำไมถึงดับยาก แม้เราจะใช้ถังดับเพลิงเคมีหรือทรายไปกลบเพื่อตัดออกซิเจนจากอากาศภายนอก แต่ไฟข้างในยังคงลุกไหม้ได้เพราะมันมีแหล่งผลิตออกซิเจนของตัวเอง
พลังงานหนาแน่นสูง (High Energy Density)
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกออกแบบมาให้เก็บพลังงานได้มหาศาลในพื้นที่จำกัด เมื่อพลังงานเคมีเหล่านี้ถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนในคราวเดียว จึงมีความรุนแรงสูงมาก และอิเล็กโทรไลต์ที่อยู่ข้างในยังมีคุณสมบัติเป็นสารไวไฟ (Flammable Liquid) คล้ายน้ำมันเบนซิน
การลุกไหม้ซ้ำ (Re-ignition)
นี่คือสิ่งที่น่ากลัวที่สุดสำหรับเจ้าหน้าที่ดับเพลิง แม้เปลวไฟภายนอกจะดูเหมือนดับลงแล้ว แต่ถ้า ความร้อนสะสม ภายในใจกลางแบตเตอรี่ยังไม่ถูกกำจัดออกไป ปฏิกิริยาเคมีจะยังคงดำเนินอยู่ และสามารถกลับมาพ่นไฟหรือระเบิดซ้ำได้อีกครั้งหลังจากเวลาผ่านไปหลายชั่วโมงหรือแม้กระทั่งเป็นวัน
วิธีเดียวที่จะสยบได้คือ การลดอุณหภูมิ
การดับไฟประเภทนี้ไม่ใช่แค่การทำให้ไฟดับ แต่คือการทำให้อุณหภูมิเย็นลง
ต้องใช้น้ำในปริมาณที่มหาศาล (มากกว่าการดับไฟรถยนต์สันดาปหลายเท่า) เพื่อระบายความร้อนออกจากแกนกลางของแบตเตอรี่
ในบางกรณี นักดับเพลิงอาจต้องปล่อยให้ไฟไหม้จนเชื้อเพลิงหมดไปเองพร้อมกับฉีดน้ำเลี้ยงเพื่อป้องกันไม่ให้ไฟลามไปยังพื้นที่ข้างเคียง
ข้อควรระวัง ควันที่เกิดจากการไหม้ของลิเธียมไอออนมีก๊าซพิษ เช่น ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) ซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรงและเป็นอันตรายต่อระบบทางเดินหายใจอย่างมาก หากพบเหตุการณ์ควรอยู่ห่างในระยะปลอดภัยและอยู่เหนือลมเสมอ.
อาคม รวมสุวรรณ E-Mail chang.arcom@thairath.co.th Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/