Annons

Du är här

Litiumjonbatterier kan skapa farliga gaser

Publicerad26 januari 2015  Text Björn Åslund

Forskning

Litiumjonbatterier för elfordon har tidigare ansetts i princip ofarliga ur ett toxiskt perspektiv efter en brand. Men nya försök visar att skadade celler av denna batterityp kan avge farliga mängder av fluorföreningar om de drabbas av termisk rusning.

Det har funnits en del oro kring räddning från skadade elfordon. Med kraftfulla traktionsbatterier kan givetvis frågetecken och oro uppstå. Men i takt med ökad kunskap om de verkliga farorna med batterifordon har åtskilligt kunnat avfärdas som myter.

I BrandSäkert nummer 4 2014 fanns det en artikel om Petra Anderssons (SP) forskning kring släckning med vatten på brinnande litiumjonbatterier. Resultatet då var att inga farliga gaser kunde hittas.

Men nyare studier har gått vidare. Detta har gjorts inom forskningsprojektet Räddningskedjan, som delfinansierats av Vinnova, och stöttats av Myndigheten för samhällsskydd och beredskap (MSB) och Autoliv Development AB. Det nu aktuella projektet visar att misstänkta faror inte bara är myter.

Under fjolåret genomfördes prover med olika typer av litiumjonceller från traktionsbatterier som driver bilarna. Man har sökt djupare kunskap om vad som kan hända om cellerna skadas. Proverna har gjorts i SP:s brandlaboratorium. Forskningsledaren Lars Hoffmann, vid SP, sammanfattar resultatet:

– Vi har testat ett stort antal celler genom att elda och skada dem på olika sätt, bland annat genom penetrering. Det har visat sig att om dessa skador senare leder till termisk rusning (se faktaruta), kan de avge fluor­föreningar som kan vara oerhört giftiga. 

Kan skapa farliga gaser

Det är när batteriet utsatts för temperaturer över 200 grader, som vid en brand, som en termisk rusning kan starta så att cellerna öppnar sig.

– Vi kunde se att vissa celler kunde avge 20 ppm (miljondelar) vätefluorider trots att vi hade stark luftomsättning. Det hygieniska värdet för människor är 3 ppm under 15 minuter, säger han och tillägger att eftersom vätefluoriderna inte är luktfria, får man alltså varningssignaler.

– Röken från litiumjonceller som råkat i termisk rusning är absolut farlig, säger han.

Lars Hoffmann noterar att ett traktionsbatteri i en bil kan innehålla hundratals celler, vilket alltså antyder en avsevärd gift­potential under olyckliga omständigheter.

Men vad som är farliga omständigheter kan behöva förtydligas. Försöken visar att vätefluoriderna i röken försvinner så länge batteriet brinner. De farliga gaserna kan förstöras av elden. Det är först när battericellerna kommer till fasen termisk rusning och branden har upphört, som de starkt giftiga gaserna kan bildas.

Lars Hoffmann konstaterar att själva branden i ett e-fordon och dess traktionsbatteri sällan är en utmaning att släcka.

– Men att få stopp på en termisk rusning är jättesvårt. Den är nästan omöjlig att släcka. 

Han nämner att batteriets sammansättning gör det väldigt gynnsamt för en termisk rusning. Litiumjonbatterier innehåller en brännbar elektrolyt, det är fullproppat med elektrokemiskt bunden energi, och det har oxidationsämnen som kan alstra syre.

– Det har alla förutsättningar för en termisk rusning. Om batteriet når en temperatur över 200 grader är risken överhängande, anser han.

Man har testat skärsläckare mot batterierna för att eventuellt dämpa den termiska rusningen. Men resultatet var allt annat än en framgång. Lars Hoffmann varnar:

– Det bidrog till att starta den termiska rusningen genom att skärsläckaren medverkar till att slå sönder lager i batteriet så det blir kortslutning.

Befarar fler farliga scenarier

Ännu har inga olyckor av denna typ rapporterats i Sverige. Men det har förekommit i USA och Mexiko, enligt Lars Hoffmann.

Han vill framhålla att denna typ av termisk rusning och giftiga gasutsläpp har varit en förbisedd risk. Och han befarar flera farliga scenarier, när elfordon blir allt vanligare.

– Vad skulle hända om en batteribuss drabbas av termisk rusning i en tunnel? Vad händer om en elbil brinner på Essinge­leden? Kan man stänga av trafiken? Jag har grunnat en hel del på hur detta ska hanteras. Släckningen är inte något problem, men att få stopp på termisk rusning är mycket svårt och jag har tyvärr inget riktigt svar här.

Det behövs fler studier, anser Lars Hoffmann som har sökt anslag för att genomföra en fördjupad analys av de giftiga gaser som bildas. 

På sikt hoppas han det kommer lagkrav om att biltillverkare ska göra prover som visar vilka ämnen som kan bildas vid termisk rusning. Detta för att räddningstjänsterna ska veta vad som väntar vid en olycksplats.

Termisk rusning

En okontrollerad och irreversibel ökning av den interna celltemperaturen, vilken kan leda till brand i batteriet.

Räddningsinsats och fluorider

Varningstecken

Om röken från ett skadat e-fordon är kraftig och vitgrå, och luktar skarpt, kan det vara termisk rusning som orsakat starkt giftiga gaser. 

Ämnen som bildas kan vara fluorider och fluorväten (HF, PF₅ och POF₃).

Att skydda och rädda utsatta personer

Vid öppen brand försvinner de farliga fluoriderna. Den kemiska processen kan dämpas med vattendimma så att fluoriderna skrubbas ut ur rökgasen. Dock kan den termiska rusningen ha blivit så kraftfull att vattendimma inte kan motverka gaserna.

Stark fläktning är att föredra för att utsatta personer ska få tillgång till frisk luft.

Motmedel

Det finns antidoter att sätta in om någon drabbats av de giftiga fluoriderna. Det rekommenderade motgiftet utgörs av kalcium­glukonat/kalciumglubionat som fungerar vid såväl hudexponering som vid inandning av gasen. I det senare fallet bör motmedlet ges intravenöst.

Av allt att döma finns ännu inte dessa motmedel i ambulanser och akutbilar.

Källa: Professor Ulf Björnstig vid Umeå universitet och medicinskt sakkunnig inom projekt Räddningskedjan.

Nummer 1—2015

Den här artikeln finns med i BrandSäkert № 1—2015.