تشكل فيضان المياه المالحة تهديدًا خطيرًا للمركبات الكهربائية والأجهزة الأخرى المزودة بالبطاريات

الفيضانات الناجمة عن الأعاصير هيلين وميلتون مليارات الدولارات من الأضرار عبر الجنوب الشرقي في سبتمبر وأكتوبر 2024، مما أدى إلى دفع المباني عن أساساتها وتقويض الطرق والجسور.كما تسببت في عشرات السيارات الكهربائية وغيرها من الأشياء التي تعمل بالبطارية, ، مثل الدراجات البخارية وعربات الغولف، لإشعال النيران.

ووفقا لأحد الإحصائيات، اشتعلت النيران في 11 سيارة كهربائية و48 بطارية ليثيوم أيون بعد تعرضها للإشعاع مياه الفيضانات المالحة من هيلين.في بعض الحالات، هذه الحرائق انتشرت في المنازل.

عندما تشتعل النيران في بطارية ليثيوم أيون، فإنها تنفجر تطلق أبخرة سامة، وتحترق بعنف ومن الصعب للغاية إخمادها.وفي كثير من الأحيان، يكون الخيار الوحيد أمام رجال الإطفاء هو تركها تحترق من تلقاء نفسها.

خاصة عندما يتم نقع هذه البطاريات في المياه المالحة، فإنها يمكن أن تصبح "قنابل موقوتة موقوتة"، على حد تعبير مارشال ولاية فلوريدا للإطفاء جيمي باترونيس.وذلك لأن الحريق لا يحدث دائمًا فورًا عند غمر البطارية بالمياه.وفقًا للإدارة الوطنية للسلامة المرورية على الطرق السريعة، حوالي 36 مركبة كهربائية غمرتها إعصار إيان في فلوريدا عام 2022، اشتعلت النيران، بما في ذلك العديد منها التي تم قطرها بعد العاصفة على مقطورات مسطحة.

لا يدرك العديد من المستهلكين هذا الخطر، وتستخدم بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع في السيارات الكهربائية والسيارات الهجين والدراجات الإلكترونية والدراجات البخارية وماكينات جز العشب الكهربائية وأدوات الطاقة اللاسلكية.

أنا مهندس ميكانيكي وأعمل على المساعدة في حل مشكلات سلامة البطارية في مجتمعنا الذي يزداد كهربته.إليك ما يجب أن يعرفه جميع المالكين عن الماء ومخاطر حرائق البطاريات:

تهديد المياه المالحة

إن السبب وراء حرائق بطاريات الليثيوم أيون هو عملية تسمى الهروب الحراري - وهي سلسلة متتالية من تفاعلات إطلاق الحرارة داخل خلية البطارية.

في ظل ظروف التشغيل العادية، يكون احتمال دخول خلية أيون الليثيوم في حالة الهروب الحراري هو أقل من 1 في 10 مليون.ولكنه يزداد بشكل حاد إذا تعرضت الخلية لضغط كهربائي أو حراري أو ميكانيكي، مثل قصر الدائرة الكهربائية أو ارتفاع درجة الحرارة أو الثقب.

تمثل المياه المالحة مشكلة خاصة للبطاريات لأن الملح يذوب في الماء موصل, مما يعني أن التيار الكهربائي يتدفق بسهولة من خلاله.المياه النقية ليست موصلة للكهرباء بشكل جيد، ولكن يمكن لمياه البحر أن تكون موصلة للكهرباء أعلى بأكثر من ألف مرة من المياه العذبة.

تستخدم جميع حاويات بطاريات السيارات الكهربائية حشوات لإغلاق مساحتها الداخلية عن العناصر الخارجية.عادة، لديهم تصنيفات مقاومة للماء IP66 أو IP67.ورغم أن هذه التقييمات مرتفعة، فإنها لا تضمن أن البطارية ستكون مقاومة للماء عندما يتم غمرها لفترة طويلة من الزمن - على سبيل المثال، أكثر من 30 دقيقة.

تحتوي حزم البطاريات أيضًا على منافذ مختلفة لمعادلة الضغط داخل البطارية ونقل الطاقة الكهربائية للداخل والخارج.يمكن أن تكون هذه مسارات محتملة لتسرب الماء إلى حاوية العبوة.يمكن أيضًا أن تؤدي تقييمات الختم غير الكافية وعيوب التصنيع إلى تمكين الماء من العثور على طريقه إلى حزمة البطارية إذا تم غمرها.

كيف يؤدي الماء إلى النار

تحتوي جميع البطاريات على طرفين:تم وضع علامة على إحداهما موجبة (+)، والأخرى موسومة بعلامة سلبية (-).عندما يتم توصيل الأطراف بجهاز يستخدم الكهرباء للقيام بالعمل، مثل المصباح الكهربائي، تحدث تفاعلات كيميائية داخل البطارية تؤدي إلى تدفق الإلكترونات من الطرف السالب إلى الطرف الموجب.هذا يخلق تيارا كهربائيا ويطلق الطاقة المخزنة في البطارية.

تتدفق الإلكترونات بين طرفي البطارية لأن التفاعلات الكيميائية داخل البطارية تخلق إمكانات كهربائية مختلفة بين طرفي البطارية.هذا الفرق المعروف أيضا باسم الجهد.عندما تتلامس المياه المالحة مع أطراف البطاريات المعدنية ذات الإمكانات الكهربائية المختلفة، يمكن أن يحدث ماس كهربائي في البطارية, ، مما يؤدي إلى التآكل السريع والانحناء الكهربائي، وتوليد تيار وحرارة زائدين.كلما كان السائل أكثر موصلية والذي يخترق حزمة البطارية، كلما زاد تيار القصر ومعدل التآكل.

تنتج تفاعلات التآكل السريعة داخل حزمة البطارية الهيدروجين والأكسجين، مما يؤدي إلى تآكل المواد من الأطراف المعدنية الموجودة على الجانب الإيجابي من البطارية وترسيبها على الجانب السلبي.وحتى بعد استنزاف المياه، يمكن لهذه المواد المترسبة أن تشكل جسورًا صلبة تبقى داخل مجموعة البطارية، مما يتسبب في تأخير الانفلات الحراري.يمكن أن يبدأ الحريق أيام بعد غمر البطارية.

حتى حزمة البطارية التي تم تفريغها بالكامل ليست بالضرورة آمنة أثناء الفيضان.لا يزال لدى خلية أيون الليثيوم، حتى عند حالة شحن 0%، فرق جهد يبلغ حوالي ثلاثة فولت بين طرفيها الموجب والسالب، لذلك يمكن أن يتدفق بعض التيار بينهما.بالنسبة لسلسلة بطارية تحتوي على العديد من الخلايا في سلسلة - وهو تكوين نموذجي في السيارات الكهربائية - يمكن أن يظل الجهد المتبقي مرتفعًا بما يكفي لدفع هذه التفاعلات.

يعمل العديد من العلماء، بما فيهم أنا وزملائي، على فهم التسلسل الدقيق للأحداث التي يمكن أن تحدث في حزمة البطارية بعد تعرضها للمياه المالحة وتؤدي إلى الهروب الحراري.نحن نبحث أيضًا عن طرق للمساعدة في تقليل مخاطر الحرائق الناتجة عن غمر البطاريات بالمياه.

ويمكن أن يشمل ذلك إيجاد طرق أفضل لإغلاق حزم البطاريات؛استخدام مواد بديلة أكثر مقاومة للتآكل لأطراف البطارية؛وتطبيق طبقات مقاومة للماء على الأطراف المكشوفة داخل حزمة البطارية.

ما يجب أن يعرفه أصحاب المركبات الكهربائية

لا تزال السيارات الكهربائية آمنة جدًا للقيادة والامتلاك في معظم الظروف.ومع ذلك، خلال المواقف القصوى مثل الأعاصير والفيضانات، من المهم جدًا منع غمر مجموعات بطاريات السيارات الكهربائية في الماء، وخاصة المياه المالحة.وينطبق الشيء نفسه على المنتجات الأخرى التي تحتوي على بطاريات ليثيوم أيون.

بالنسبة للمركبات الكهربائية، يعني هذا إخلاء السيارات من المنطقة المتضررة أو ركنها على أرض مرتفعة قبل حدوث الفيضانات.يمكن نقل الأشياء الصغيرة، مثل الدراجات الإلكترونية والأدوات الكهربائية، إلى الطوابق العليا من المباني أو تخزينها على أرفف عالية.

إذا كنت تمتلك مركبة كهربائية تم غمرها في الماء لساعات إلى أيام، خاصة في المياه المالحة، فيوصي خبراء السلامة العامة التعامل معها على أنها خطر الحريق ووضعها في أرض مفتوحة بعيدا عن الممتلكات القيمة الأخرى.لا تحاول شحنه أو تشغيله.اتصل بالشركة المصنعة لإجراء فحص لتقييم تلف البطارية.

في كثير من الأحيان، يجب سحب السيارة الكهربائية المغمورة بالمياه لإجراء مزيد من الفحص.ومع ذلك، بما أن الانفلات الحراري يمكن أن يحدث بعد فترة طويلة من الغمر، فلا ينبغي تحريك السيارة حتى يتم تقييمها مهنيا.