Mencegah Pelarian Termal dalam Penyimpanan Sistem Lithium-ion (ESS). Negara-negara di seluruh dunia telah menetapkan tujuan yang ambisius untuk mengurangi emisi global. Investasi yang dihasilkan dalam sumber energi terbarukan mendorong pertumbuhan pesat dalam industri Sistem Penyimpanan Energi (ESS). Faktanya, pasar penyimpanan energi global diperkirakan tumbuh pada tingkat pertumbuhan tahunan gabungan 35% antara 2018 dan 2026.
Saat ini, baterai lithium-ion adalah media penyimpanan energi utama dunia. Berdasarkan popularitas mereka saat ini, pasar ini diperkirakan akan mencapai US $ 23 miliar pada tahun 2026. Ladang angin, pembangkit tenaga surya, dan pusat data memilih penyimpanan energi baterai lithium-ion karena berbagai alasan, termasuk keterjangkauannya.
Dengan segala kelebihannya, baterai lithium-ion juga memiliki beberapa keterbatasan.
Industri yang bergantung pada baterai lithium-ion membutuhkan solusi baru dan komprehensif yang secara efektif mendeteksi kegagalan baterai dan melakukan intervensi untuk membantu mencegah pelarian termal dan bahaya kebakaran yang mengikutinya.
Pelarian termal dapat terjadi jika baterai mengalami penyalahgunaan, mengakibatkan pelepasan gas beracun dan mudah terbakar. Pelarian termal yang terjadi dalam satu sel baterai dapat dengan cepat menyebar, menyebabkan aliran pelarian termal dalam sel baterai yang berdekatan. Pelarian termal bisa berujung pada peristiwa kebakaran pelepasan panas tinggi yang dahsyat.
Kebakaran baterai lithium-ion sangat sulit untuk dilawan. Pemadaman gas dan sistem air sama sekali tidak efektif. Meskipun sistem pemadaman kebakaran dapat memperlambat pertumbuhan api dan pelepasan panas, sistem ini tidak cukup untuk menyediakan pemadaman total setelah pelarian termal dimulai.
Metode paling efektif untuk memadamkan jenis kebakaran ini membutuhkan air dalam jumlah besar yang diterapkan selama berjam-jam atau bahkan berhari-hari. Di banyak lokasi, terutama yang terpencil atau di mana air langka, hal ini tidak diinginkan atau bahkan tidak dapat dicapai.
Sayangnya, telah terjadi sejumlah peristiwa kebakaran dalam beberapa tahun terakhir ini. Pada November 2017, kebakaran di situs penyimpanan energi baterai lithium-ion yang terhubung ke jaringan Belgia di dekat Brussel menghasilkan awan asap beracun yang memaksa ribuan penduduk untuk tinggal di rumah.
Pada bulan April 2019, sistem baterai lithium-ion meledak di situs Layanan Umum Arizona, melukai delapan petugas pemadam kebakaran. Menyusul bencana tersebut, utilitas energi AS menjadikan keselamatan sebagai fokus utama. Dan antara tahun 2017 dan 2019, terdapat 28 kebakaran ESS di Korea, yang mengakibatkan penangguhan 522 fasilitas ESS.
Untuk mencegah insiden seperti ini terjadi lagi, sangat penting untuk memahami setiap tahap kegagalan baterai. Dibagi menjadi daerah pencegahan dan penahanan, ada empat tahap:
Selama tahap pertama ini, penyalahgunaan termal, listrik, atau mekanis menyebabkan kerusakan sel, menyebabkan suhu dan tekanan sel baterai meningkat.
Saat suhu dan tekanan sel meningkat, gas yang mudah terbakar keluar dari sel. Ini adalah titik kritis di mana tindakan harus diambil untuk menghindari pelarian termal dan peristiwa kebakaran.
Pelarian termal menandai akhir dari wilayah pencegahan dan dimulainya wilayah penahanan. Suhu naik dengan cepat beberapa ratus derajat dan asap keluar. Pada titik inilah kegagalan besar akan segera terjadi.
Setelah pelarian termal, api menyala. Sementara rak baterai lithium-ion disusun untuk memaksimalkan kepadatan penyimpanan energi, ini juga memungkinkan penyebaran api yang cepat. Setelah tersulut, api dapat dengan mudah berpindah ke sel dan bahan konstruksi yang berdekatan dan menjadi tidak terkendali.
Melihat lebih dekat keempat tahap ini mengungkapkan momen ideal ketika intervensi dini dapat mencegah pelarian termal. Reaksi idealnya terjadi di wilayah pencegahan, tetapi ini membutuhkan alat deteksi dalam tahap satu atau dua. Jika gas lepas dapat dideteksi dan baterai dimatikan sebelum pelarian termal dapat dimulai, ada kemungkinan bahaya kebakaran dapat dicegah.
Seperti yang ditunjukkan oleh analisis empat tahap kegagalan baterai lithium-ion, salah satu tanda peringatan dini terbaik untuk dideteksi adalah pelepasan gas. Menurut definisi, gas lepas adalah produk sampingan dari proses kimia. Ketika baterai lithium-ion mulai rusak, proses kimiawi menghasilkan uap elektrolit dari sel baterai. Off-gas ini diproduksi segera setelah kerusakan sel terjadi dan beberapa menit sebelum pelarian termal dimulai.
Kegagalan baterai lithium-ion pada akhirnya juga menghasilkan asap yang dapat dideteksi, tetapi hanya setelah pelarian termal sudah dimulai. Mendeteksi asap saja menghasilkan respons yang terlambat. Sebaliknya, dengan mendeteksi keberadaan gas-gas, baterai yang terpengaruh dapat dimatikan pada waktunya untuk mencegah pelarian termal.
Solusi pencegahan risiko lithium-ion yang efektif dilengkapi dengan sensor pemantauan dan referensi yang terus-menerus memeriksa rak baterai untuk keberadaan gas-gas lithium-ion.
Sensor referensi memberikan data udara sekitar ke pengontrol, sementara sensor pemantauan di dalam rak baterai menangkap data yang berkaitan dengan udara di dekat baterai lithium-ion. Sensor ini dapat mendeteksi gas lepas lithium-ion dalam konsentrasi sekecil satu bagian per juta (ppm) dan kompatibel dengan semua kimia lithium-ion saat ini.
Sistem pencegahan risiko ini dirancang untuk melepaskan baterai dan mencegah pelarian termal dalam waktu kurang dari lima detik. Namun, bahkan setelah baterai dimatikan, gas sisa yang mudah terbakar mungkin masih ada. Kecuali jika areanya cukup luas atau dapat berventilasi, gas buang ini masih dapat menimbulkan bahaya kebakaran.
Di sinilah deteksi dan pemadaman kebakaran berperan. Jika digunakan pada konsentrasi inerting, sistem pemadaman kebakaran dapat digunakan untuk inert ruang setelah off-gas dilepaskan. Ini dapat membantu mencegah gas-off mencapai tingkat pembakaran dalam hubungannya dengan oksigen. Titik di mana sistem inerting dirilis memerlukan pertimbangan yang cermat agar efektif dan mungkin memerlukan integrasi dengan sistem lain.
Pada konsentrasi rancangan regulasi, sistem pemadaman dapat digunakan untuk membantu melindungi baterai dari sumber api, seperti bahan Kelas A, dan kegagalan komponen elektronik lainnya sebelum menjadi sumber panas yang dapat menyulut baterai.
Mengintegrasikan deteksi gas buang dengan deteksi dan pemadaman kebakaran menyediakan intervensi dini yang diperlukan untuk membantu menjaga pelarian termal dan bahaya kebakaran di teluk. Sistem tidak memerlukan kontak listrik atau mekanis dengan sel baterai dan pada dasarnya merupakan peningkatan untuk sistem yang ada, yang memungkinkannya bekerja di lingkungan kerja yang hidup.
Jumlah sistem penyimpanan energi dengan baterai lithium-ion diproyeksikan meningkat secara signifikan selama lima tahun ke depan. Karena sel lithium-ion bisa gagal dan meledak – dan seringkali dengan sedikit peringatan – lebih penting dari sebelumnya untuk mendeteksi dan mencegah pelarian termal sebelum yang terburuk bisa terjadi.
Menggabungkan deteksi awal gas buang dengan deteksi dan pemadaman kebakaran atau sistem inerting memberikan solusi holistik yang memberikan peringatan dini yang diperlukan untuk membantu menjaga industri ESS beroperasi dengan aman dan berkelanjutan.
Dikutip Dari: https://www.energy-storage.news by Alan Elder & Derek Sandahl
