Annons

Du är här

Släck batteribrand med vatten

Publicerad16 maj 2014  Text Lotta Fredholm

Forskning

Petra Andersson och hennes kolleger har i ett forsknings­projekt undersökt vilka gaser som alstras från brinnande litiumjon-batterier. En fråga var om släckning med vatten skapar mer giftig gas, något som forskarnas resultat inte kunde visa.

Så kallade litiumjonbatterier tillhör en stor familj av batterier och används i dag i det stora flertalet av våra bärbara datorer. Men tyvärr har överhettade batterier i bärbara datorer orsakat tragiska olyckor. Ett exempel är en villabrand i Staffanstorp år 2009 som orsakades av en bärbar dator som stod på laddning och som glömts i en soffa. Fem människor omkom i branden. Förra året brann det också i en villa i Herrljunga på grund av en överhettad bärbar dator, men då kom ingen till skada.

Litiumjonbatterier är dock intressanta för forskare att undersöka närmare eftersom de kan komma att användas i elfordon.

– Elfordon är en del av lösningen för att möta klimatmålen, ett annat alternativ är bränsleceller, men just nu är elfordon den väg som är mest aktuell, säger Petra ­Andersson, fysiker och disputerad brandforskare vid SP, samt projektledare för studien Produktion av giftiga gaser vid brand i litiumjonbatterier samt släckning av brand i litiumjonbatterier.

Bränder på grund av överhettning, som i exemplen ovan, beror på att litiumjonbatterier fungerar bäst inom ett visst temperaturintervall. Vid temperaturer över ungefär 110 grader kan batteriet drabbas av termisk rusning, som innebär att temperaturen drar iväg och batteriet värmer upp sig självt. 

– I litiumjonbatterier är också elektrolyten brännbar och består av olika kolväteföreningar, bland annat dimetylkarbonat, säger Petra Andersson.

När batteriet och elektrolyten brinner bildas gaser, som HF (vätefluorid) som är mycket giftig. Att mäta hur mycket av olika gaser som produceras vid en batteribrand var en del av forskningsprojektet. 

Mätningar i liten skala

Analysen gjordes med hjälp av en metod kallad Fourier Transform Infrared spektrometri, FTIR, som mäter gaser med hjälp av infrarött ljus. Försöken gick till så att elektrolyter som kan förekomma i litiumjonbatterier blandades till och därefter injicerades elektrolyt i en propanflamma. Gas från försöken samlades sedan in och analyserades. 

Det visade sig att förutom HF bildades även POF₃, (fosforylfluorid) och PF₅, (fosforpentafluorid). 

– Hur pass skadliga dessa gaser är vet man inte. De förekommer inte ute i samhället och har därför inte testats toxikologiskt, men deras kemiska uppbyggnad liknar gaser som vi vet är giftiga, säger Petra Andersson.

Analysen visade alltså att det gick att mäta dessa gaser, men att gasen PF₅ var så reaktiv att den inte fanns kvar tillräckligt länge för att dess halt skulle hinna detekteras.

Dessa mätningar skedde i liten skala, men för att skapa en bild om vad som sker vid en fullskalig brand i ett fordon extra­polerade forskarna sina resultat.

– Om de skalades upp i storleksordningen 1 000 gånger fick vi liknande värden som i tidigare fullskaleförsök, vilket betyder att experimenten i liten skala ger en bra bild av vad som sker, säger Petra Andersson. 

Risk för brand i elbil

De litiumjonbatterier som kommer att användas i elfordon förväntas vara stabilare än de i bärbara datorer, men det finns fortfarande risk för brand vid en krock, eller om kylningen av någon anledning fallerar. Det blev till exempel rubriker i pressen för ett par år sedan då elbilen Chevy Volt fattade eld efter krocktester. 

– Det kunde uppstå bränder upp till tre veckor efter krocktesterna och det berodde på att kylvätskan runnit ut och att det bildats kristaller på batteriet som sedan kortslöt, säger Petra Andersson.

Hon och hennes kolleger var därför intresserade av att testa hur litiumjonbatterier påverkas av direkt brand. I försöken eldade man direkt på battericeller och de gaser som bildades analyserades. Här gick det att mäta att HF bildades, men inte något POF₃. 

Mängden HF berodde dock på battericellens laddningsgrad, dess så kallad SOC-nivå, eller state of charge. Vid 100 procents laddningsgrad bildades mindre mängd HF. 

– Detta är resultat som behöver bekräftas i fortsatta studier och större mätserier behöver göras för att kunna förklara resultaten, säger Petra Andersson.  

Rätt sätt att släcka

De råd från Myndigheten för samhällsskydd och beredskap (MSB) om hur räddningstjänsten bör agera vid brand i ett elfordon som fanns vid projektets start säger att en brand i ett elfordon ska släckas på traditionellt sätt om det inte brinner i själva batteripacken. I de fall batteripacken brinner ska stora mängder vatten användas. Går det inte att släcka branden i batteripacken ska den få brinna upp och räddningstjänsten ska då istället koncentrera sig på att kyla omgivningen med vatten. 

Det finns inte så mycket vetenskapliga data om släckstrategier publicerade och MSB:s råd baserades dessutom på de batterier som använts mest hittills i dagens elfordon, vilket är uppladdningsbara nickelmetallhybridbatterier, eller NiMH-batterier. 

– Därför var en viktig del i forskningsprojektet att ta reda på om dessa råd även är tillämpliga när det handlar om brand i litiumjonbatterier eller om det finns en risk att gasernas sammansättning ändras på ett ofördelaktigt sätt vid användning av vatten som släckmedel, säger Petra Andersson.

Detta studerades genom att elektrolyt sprutades in i en propanflamma tillsammans med vatten och därefter analyserades både mängden gas och vilka gaser som bildades.

– Vad vi kunde se finns det inget som tyder på att det skulle ge mer gasutveckling eller bildas andra gaser om man använder vatten som ju både är lättillgängligt och har god kylförmåga, men här behövs mer forskning, säger Petra Andersson.

Läs rapporten

Forskningsresultaten från studien Produktion av giftiga gaser vid brand i litiumjonbatterier samt släckning av brand i litiumjonbatterier har publicerats i SP-rapporten Investigations of fire emissions from Li-ion batteries av Petra Andersson, Per Blomqvist, Anders Lorén och Fredrik Larsson.

Nummer 4—2014

Den här artikeln finns med i BrandSäkert № 4—2014.