LFP, NMC și sodiu-ion din perspectiva protecției la incendiu: ce înseamnă chimia celulei pentru barieră

„Bateria de stocare” nu este, din perspectiva protecției la incendiu, o categorie omogenă. Faptul că o celulă funcționează pe bază de litiu-fier-fosfat (LFP), nichel-mangan-cobalt (NMC) sau sodiu-ion modifică fundamental trei mărimi: temperatura de la care începe ambalarea termică (thermal runaway), căldura eliberată în acest proces, precum și cantitatea și compoziția gazelor de venting. Pentru planificarea barierei rezultă de aici o consecință simplă, dar adesea trecută cu vederea: obiectivul de protecție dominant depinde de chimie — uneori pe primul plan se află compartimentarea termică, alteori gestionarea gazelor și protecția la explozie.

Diferența structurală stă în materialul catodului: celulele NMC folosesc un oxid stratificat care, la temperaturi ridicate, poate elibera oxigen și poate întreține incendiul din propriile resurse. Structura de tip olivină a LFP leagă în schimb ferm oxigenul — reacția decurge considerabil mai puțin violent, dar nicidecum inofensiv.

Comparativ, celulele NMC intră mai devreme în ambalare termică — temperaturile de declanșare tipice se situează, în funcție de tipul de celulă și de metoda de măsurare, aproximativ în intervalul 170-210 °C — și reacționează apoi cel mai violent. Studiile comparative măsoară la NMC cele mai ridicate temperaturi ale gazelor de venting (într-un studiu recent, circa 1050 °C, față de circa 446 °C la LFP) și cea mai mare cantitate de gaz pe amper-oră. La acestea se adaugă frecvent ieșirea flăcărilor, proiecțiile de scântei și particulele de celulă, care acționează ca surse de aprindere pentru zonele învecinate.

Pentru compartimentare, aceasta înseamnă: la sistemele NMC domină sarcina termică. Pereții despărțitori și căptușelile trebuie să preia, pe termen scurt, temperaturi și densități ale fluxului termic foarte ridicate, fără ca temperatura pe fața opusă să crească până la valori critice. Materialele izolante rezistente la temperaturi înalte, cu comportament verificat peste 1000 °C, straturile de acoperire stabile mecanic împotriva impactului particulelor și straturile intermediare care inhibă propagarea între module sunt aici elementele centrale.

LFP este considerat, pe bună dreptate, mai stabil termic: temperatură de declanșare mai ridicată, degajare de căldură mai redusă, incendii autoîntreținute mai rare. De aici se trage însă adesea concluzia greșită că LFP ar fi necritic din punctul de vedere al protecției la incendiu. Măsurătorile comparative arată, ce-i drept, cea mai mică cantitate de gaz raportată la capacitate (într-un studiu recent, circa 0,02 mol/Ah, față de circa 0,07 mol/Ah la NMC), însă cu cea mai mare proporție de hidrogen în gazele de venting — în aceeași cercetare, circa 41 la sută.

Pentru căptușeală, aceasta înseamnă: ea nu trebuie doar să compartimenteze căldura, ci și să sprijine gestionarea gazelor — să mențină libere căile de evacuare definite, să nu blocheze suprafețele de descărcare a presiunii și să nu creeze ea însăși surse de aprindere sau cavități pentru acumularea gazelor.

Celulele sodiu-ion prezintă, în primele cercetări comparative, un profil de siguranță favorabil: temperaturi de declanșare aproximativ la nivelul LFP (ordinul de mărime 220-260 °C) și temperaturi maxime ale gazelor de venting considerabil mai scăzute decât la ambele chimii cu litiu. De asemenea, posibilitatea de a descărca celulele la zero volți pentru transport și depozitare reduce riscurile pe parcursul ciclului de viață.

Cu toate acestea, și celulele sodiu-ion eliberează gaze inflamabile în caz de defect — cu proporții relevante de hidrogen, monoxid de carbon și vapori de electrolit. Baza de date este, în plus, încă îngustă: există doar puține studii independente și aproape deloc încercări la scară mare la nivel de sistem. Pentru planificare este valabil, așadar: nu reduceți global cerințele privind compartimentarea, evacuarea gazelor și descărcarea presiunii, ci solicitați date de încercare specifice proiectului (de exemplu conform UL 9540A) și fundamentați dimensionarea pe acestea.

• NMC: dimensionați bariera în primul rând împotriva temperaturilor ridicate, a fluxului termic și a particulelor
• LFP: accent pe detecția gazelor, ventilație, descărcarea presiunii și execuție fără surse de aprindere
• Sodiu-ion: profil favorabil, însă reduceți dimensionarea abia pe baza unor date de încercare solide
• Pentru toate chimiile: comportamentul la propagare din rapoartele de încercare are prioritate față de indicațiile din fișa tehnică