Thermal runaway

Thermal runaway is een proces waarbij warmteproducerende reacties tot verdere opwarming leiden, waardoor die reacties versnellen en nog meer warmte ontstaat. Bij een lithium-ionbatterij kan hierdoor de temperatuur in een cel snel oplopen. Het proces kan ontstaan door onder meer een interne kortsluiting, mechanische beschadiging, onjuist laden of verwarming vanuit een brand in de omgeving.

Er bestaat geen universele begintemperatuur die voor alle batterijen bruikbaar is. De chemische samenstelling, laadstatus, veroudering en wijze van beschadiging beïnvloeden wanneer en hoe het proces verloopt. Een oppervlaktetemperatuur geeft bovendien beperkt inzicht in een lokaal defect binnen een cel of afgesloten pakket.

Tijdens het proces kunnen brandbare en giftige gassen ontstaan en kan druk worden opgebouwd. Wanneer de cel ontlucht of openbreekt, kunnen hete gassen, vloeistof en deeltjes vrijkomen. Ontbranding kan fakkels veroorzaken. Als de gassen zich eerst met lucht mengen, kan latere ontsteking een snelle drukstijging veroorzaken. Een witte of grijze dampwolk hoeft daarom geen ongevaarlijke waterdamp te zijn.

De overdracht van warmte naar andere cellen kan tot thermische propagatie leiden. Dat is de uitbreiding van het proces door een batterijmodule of pakket. De snelheid en richting worden mede bepaald door celafstand, warmteoverdracht, afscherming en elektrische verbindingen. De afmetingen van een complete opslag of batterijcontainer zijn daardoor onvoldoende om het mogelijke verloop te beschrijven.

Het doven van vlammen buiten de cel beëindigt de interne reacties niet noodzakelijk. Ook het uitschakelen van de laadstroom neemt de reeds opgeslagen energie niet weg. Een gasblusinstallatie kan onder passende voorwaarden bepaalde vlambranden beïnvloeden, terwijl interne ontleding of uitbreiding tussen cellen toch doorgaat. De geschiktheid van een beveiligingssysteem moet worden aangetoond voor het bedoelde batterijscenario.

In een brandveiligheidsanalyse wordt daarom afzonderlijk gekeken naar het voorkomen van celdefecten, vroege detectie, beperking van propagatie en bescherming van personen en omgeving. De strategie omvat ook gasophoping en mogelijke herontsteking. Een geplande handeling, zoals ventileren of een behuizing openen, moet worden beoordeeld op de veranderende gas- en zuurstofcondities.

Bij de incidentvoorbereiding worden de mogelijkheden voor koeling, afstand houden, afscherming en deskundige overdracht vastgelegd. Na de eerste brandbeheersing blijft beoordeling van de interne toestand nodig. Een algemene wachttijd waarna ieder beschadigd batterijpakket veilig zou zijn, is hiervoor geen verantwoorde maatstaf.