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Armazenamento seguro de baterias de iões de lítio

As baterias de iões de lítio são omnipresentes: alimentam smartphones, PCs, chaves de fendas elétricas, robôs corta-relva, bicicletas elétricas e automóveis. As baterias de iões de lítio permitem armazenar enormes quantidades de energia num espaço muito pequeno. Neste artigo encontrará tudo o que precisa de saber sobre baterias de iões de lítio.

Armazenamento seguro de baterias de lítio

As baterias de iões de lítio são uma tecnologia relativamente recente, mas desde que chegaram ao mercado, no início dos anos 90, transformaram o armazenamento de energia, deslocando gradualmente tecnologias mais antigas. Atualmente, as baterias de lítio tornaram-se indispensáveis na nossa vida quotidiana por uma simples razão: são pequenas, eficientes e ideais para múltiplas aplicações. As baterias de lítio não só alimentam os smartphones e os tablets, como também desempenham um papel importante no campo da mobilidade elétrica onde as suas grandes vantagens são a alta densidade de carga, baixo peso e recarga rápida.

O outro lado da moeda: com certa frequência ouvem-se notícias sobre acidentes envolvendo baterias de iões de lítio. Em 2017, por exemplo, ocorreu um grande incêndio num parque de estacionamento público em Hanôver devido à bateria de uma bicicleta elétrica e em 2018, uma pessoa faleceu devido à explosão de um carregador de baterias. As explosões e incêndios devido a baterias de lítio podem ter consequências muito graves, causando grandes prejuízos económicos ou até a morte. É por esta razão que se devem tomar medidas especiais para um manuseamento e armazenamento seguros tanto a nível particular como industrial.

Embora não existam regulamentos específicos para o armazenamento de baterias de lítio, a Lei sobre a promoção da segurança e saúde no trabalho (Lei n.º 109/2009), entre outras, estabelece que o empregador deve identificar e avaliar os riscos previsíveis em todas as atividades da empresa, devendo adotar as medidas adequadas de proteção.

No nosso guia prático, analisamos de perto o perigo potencial das baterias de lítio e damos conselhos valiosos sobre como evitar danos.

Funcionamento de uma bateria de iões de lítio

De modo a avaliar o risco das pilhas de lítio, convém saber como funcionam. É importante saber que não existe "a" bateria de lítio, se não múltiplos sistemas de armazenamento de energia que utilizam lítio na sua forma pura ou composta. Em princípio, diferenciamos entre células primárias (não recarregáveis) e secundárias (recarregáveis). Quando falamos de baterias de iões de lítio, referimo-nos normalmente a células recarregáveis.

Uma bateria de lítio é composta por mais ou menos células em função da potência. Cada célula de iões de lítio tem um elétrodo positivo, o ânodo, e outro negativo, o cátodo. Entre eles existe um eletrólito condutor de iões, que garante o transporte dos iões de lítio entre os elétrodos durante os processos de carga e descarga. A forma mais conhecida de baterias de iões de lítio são os acumuladores que aplicam um eletrólito líquido. Outro componente importante é o separador, que impede o contacto direto entre o ânodo e cátodo, evitando assim um curto-circuito. Durante a descarga, no lado do ânodo são soltos eletrões e iões de lítio. Os eletrões passam pelo circuito elétrico externo e realizam o trabalho elétrico. Ao mesmo tempo, os iões de lítio migram através do eletrólito líquido e do separador ao cátodo. Durante a recarga este processo é invertido.

A construção e os materiais de uma bateria de iões de lítio dependem do sistema aplicado. Num acumulador de polímeros de lítio o eletrólito forma parte da estrutura molecular de uma lâmina de polímero. Deste modo, podemos prescindir da instalação de um separador. As baterias de polímeros de lítio apenas podem proporcionar pouca intensidade de descarga. Mas a lâmina de polímeros permite um design plano, assim que estas baterias costumam ser utilizadas para telemóveis e portáteis. Nas células de capa fina de lítio o eletrólito é substituído por um gás condutor de iões. Deste modo permite aplicar o lítio em forma de metal, conseguindo uma alta densidade energética. Esta técnica é, atualmente, uma parte importante da investigação em baterias de lítio.

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Que perigos representam as baterias de iões de lítio?

Hoje em dia, os standards de produção garantem que as baterias de lítio sejam relativamente seguras. Antes de iniciar com a produção (em série), o fabricante deve realizar vários ensaios de segurança e o transporte de baterias de lítio apenas é permitido com certificado UN38.3. Esta norma envolve um programa de teste exaustivo para garantir a segurança do transporte de baterias de lítio. Os teste incluem:

  • Simulação de altitude
  • Teste térmico
  • Teste de vibração
  • Teste de choque
  • Curto-circuito externo
  • Sobrecarga e descarga forçada

Estes testes realizam-se obedecendo a medidas especiais de segurança já que as baterias são forçadas para além dos seus limites. Muitos clientes da DENIOS realizam os seus próprios testes, para verificar a segurança das baterias nos seus produtos por exemplo, utilizando as nossas soluções de armazenamento e teste de baterias de lítio e garantir, assim, um ambiente seguro. Está interessado em realizar testes com baterias de lítio? Poderá encontrar mais informação aqui.

Para aumentar a segurança das baterias de iões de lítio, os fabricantes podem incluir medidas de segurança ao nível das células. Entre outras medidas, podem adicionar aditivos ignífugos ou alojar a bateria numa estrutura resistente a golpes e corrosão.

O manuseamento ou armazenamento de baterias de iões de lítio, sem as medidas de segurança adequadas, representa um risco considerável já que qualquer incidente, por menor que seja, pode produzir uma explosão e incêndio com consequências devastadoras. O perigo deriva do próprio design das baterias, pois a combinação de materiais com alta densidade de energia com eletrólitos altamente inflamáveis representa, por si só, um grande risco de explosão e incêndio.

As causas mais comuns de incêndios de baterias de iões de lítio são:

Perigo de incêndio devido à sobrecarga ou temperaturas muito elevadas

Se as baterias de lítio são sobrecarregadas ou se submetem a temperaturas muito altas, as células podem chegar a sobreaquecer. A fuga térmica, ou «thermal runaway», é uma reação química extremamente exotérmica que faz com que se oxide o eletrólito das células, liberando gases inflamáveis e ainda mais calor. Uma vez ultrapassada a temperatura de autoignição, o gás inflama-se e, à sua vez, o lítio que é altamente reativo. Basta a fuga térmica de uma única célula para aquecer as células adjacentes até provocar uma reação em cadeia com consequências severas. No momento em que esta reação desencadeia, a combustão explosiva da bateria ocorre muito rapidamente.

Perigo de incêndio por descarga excessiva

Uma descarga excessiva também pode ocasionar um incêndio. Se umabateria de iões de lítio não for utilizada durante muito tempo, podem descarregar-se completamente. As temperaturas frias, por exemplo em exteriores no inverno, podem favorecer este efeito. Neste caso também se oxida o líquido eletrolítico, produzindo gases inflamáveis. Quando se tenta recargar estas baterias, a falta de eletrolítico não permite armazenar a energia corretamente podendo originar um curto-circuito e incêndios.

Perigo de incêndio por dano físicos

A manipulação de baterias de iões de lítio implica possíveis riscos de danos físicos provocados por choque entre veículos, impacto sobre uma superfície dura ou compressão devido a condições de armazenamento inadequadas, entre outros. Se as células se deformarem, podem produzir-se curtos-circuitos internos e consequentes incêndios. Também é possível, embora seja raro, que partículas de impurezas contaminem a célula durante a produção e acabem por danificá-la por dentro originando um curto-circuito.

O incêndio de uma bateria de iões de lítio é difícil de apagar. Os meios de extinção gases inertes não costumam funcionar, porque as próprias células iónicas de lítio produzem o oxigénio necessário para a combustão. Apenas pós ou grânulos específicos são usados para combater os incêndios de classe D (Metais combustíveis). Mas se o fogo se propagar, é difícil espalhar o pó por áreas muito grandes.

É, portanto, muito aconselhável armazenar as baterias de lítio com agentes extintores específicos, como PyroBubbles®, que ajudam a prevenir ou extinguir incêndios em caso de ocorrência. Pyrobubbles® absorve o eletrólito e ao cobrir o material em chamas isola-o do oxigénio. Devido à sua composição, PyroBubbles® derrete como o vidro a aproximadamente 1050ºC formando uma camada isoladora à volta da fonte do incêndio. O calor é absorvido pelo material durante o processo de fusão o que leva a um arrefecimento do incêndio.

Em relação ao uso da água para extinguir incêndios, existem diferentes pontos de vista. Devido à reatividade do lítio, alguns autores desaconselham o uso de água. No entanto, pesquisas recentes indicam que a água em grandes quantidades pode desacelerar e extinguir incêndios de lítio, pelo efeito de arrefecimento, que retarda a reação das células e porque reduz a propagação das chamas a outros meios. Uma das desvantagens do uso de água é a enorme quantidade necessária.

Para além do alto risco de incêndio, as baterias de íões de lítio apresentam outros perigos. Durante a reação, liberam-se substâncias perigosas, tais como o ácido clorídrico ou o ácido fluorídrico, que se liberam das células na forma de gás e podem causar lesões cutâneas e respiratórias. Durante a extinção dos incêndios, estes ácidos diluem-se na água de extinção (se não houver instalação adequada para a sua retenção e recolha) e contaminar as águas subterrâneas, causando também danos ecológicos.

Resumindo: O perigo potencial de baterias de iões de lítio aumenta com a quantidade de baterias em uso e armazenadas. A avaliação de riscos deve realizar-se de forma individual dependendo do tipo e capacidade de armazenamento, instalações e processos da empresa.

Medidas de prevenção

O armazenamento de baterias de iões de lítio apresenta um desafio para muitas empresas. A Lei sobre a promoção da segurança e saúde no trabalho (Lei nº 109/2009) obriga o empresário a avaliar os riscos e adotar as medidas de proteção adequadas, mas atualmente, não há legislação específica para o armazenamento de baterias de iões de lítio que possam servir como orientação. São, portanto, as empresas que devem definir e adotar as medidas apropriadas. Com tantos tipos diferentes de baterias, não é possível definir medidas ou conceitos gerais de proteção já que cada uma apresenta os seus riscos e particularidades. Cada caso deve ser avaliado separadamente, cooperando com os bombeiros, agentes de seguros e órgãos de aprovação para elaborar um conceito homogéneo de proteção personalizado a cada empresa. A DENIOS é especialista em armazenamento de produtos perigosos, assim que também pode contar com a nossa ajuda. Não hesite em contactar-nos! Consulte as seguintes fontes de informação para encontrar mais conselhos sobre o armazenamento seguro de baterias de iões de lítio.

Informação do fabricante

Os fabricantes fornecem sempre indicações gerais para o manuseio e transporte seguros de seus produtos, como por exemplo, as temperaturas ideais para armazenamento e uso. Estas indicações encontram-se, normalmente, no manual de instruções ou nas fichas de dados de segurança que são de entrega e cumprimento obrigatórios. Essas informações também podem ajudá-lo a avaliar os riscos na sua empresa.

Folheto informativo da Associação Alemã de Seguradores (VdS)

A Associação Alemã de Seguradoras (VDS, em alemão Verband der Schadenversicherer) elaborou um folheto digital com conselhos para evitar danos associados ao uso de baterias de iões de lítio nas áreas de produção e armazenamento.

A VdS recomenda dividir as baterias de iões de lítio em três categorias de acordo com sua potência: Baterias de baixa, média e alta potência. Estabelece, também, pregras gerais e específicas de armazenamento seguro de acordo com a categoria. Quanto à disposição das baterias de lítio nos postos de produção, a VdS recomenda não exceder o necessário para a jornada de trabalho, ou seja, limitar-se ao que é essencial. Também se recomendam os meios de extinção de incêndios adequados.

Revistas e publicações especializadas

NA revistas especializadas publicam, com certa frequência, artigos relacionados com os aspetos relativos à segurança durante o uso e armazenamento de baterias de iões de lítio. Resumimos aqui os conselhos e recomendações mais comuns.

Recomenda-se tratar as baterias de lítio como produtos perigosos e adotar as estratégias correspondentes, ou seja, realizar uma avaliação de riscos, planificar medidas preventivas apropriadas, escrever instruções de segurança específicas e formar as equipas de trabalho para o manuseio correto dessas baterias.

As indicações gerais para o manuseio diário de baterias de iões de lítio resumem-se simplesmente em 5 pontos:

Evitar stress térmico

Evitar a humidade

Utilizar apenas carregadores adequados

Precaução durante o carregamento

Evitar danos físicos

O stress térmico pode afetar tanto a duração como a segurança das baterias de lítio. Estas baterias nunca devem ser submetidas diretamente nem durante longos períodos a altas temperaturas ou fontes de calor, incluindo a radiação solar. Devem-se evitar também baixas temperaturas a longo prazo, porque promovem a descarga excessiva das baterias e podem causar incêndios, quando reconectadas a um carregador. Respeite sempre as temperaturas de funcionamento e armazenamento especificadas pelo fabricante.

O contacto com a humidade (precipitação, condensação, salpicos etc.) pode provocar um curto-circuito da bateria. Armazene sempre as suas baterias de iões de lítio num local seco e proteja-as da humidade durante o uso ou transporte.

Uma das causas mais comuns de incêndios de baterias é a utilização de carregadores não compatíveis que podem destruir a bateria fornecendo mais voltagem do que a necessária, por exemplo. Utilize apenas os carregadores destinados à sua bateria.

Para além da utilização de carregadores não compatíveis, existem outros perigos durante o processo de carregamento. Não deixe as baterias carregadas durante um longo período se não estiverem a ser utilizadas. Evite a proximidade de materiais inflamáveis. Sempre que possível, carregue a bateria colocando-a sobre um chão de betão ou ladrilhado. Recomenda-se um nível de carga de 30% para o armazenamento de baterias de modo a reduzir a quantidade de energia disponível em caso de potenciais danos. Cuidado: mantenha sempre uma carga mínima para evitar descargas profundas. Seguir as instruções do fabricante.

Os danos físicos podem causar a deformação das células internas da bateria e levar a curtos-circuitos. Evite que as baterias de lítio sofram choques, impactos ou colisões. Se uma bateria for mecanicamente danificada, não deve ser utilizada! Remove-a imediatamente, armazene-a separadamente e elimine-a adequadamente. Como precaução, os polos das baterias danificadas devem ser protegidos com tampas de proteção. Nunca se devem abrir, desmontar ou esmagar as baterias de iões de lítio.

Soluções DENIOS: soluções personalizadas

Avalie para cada situação de armazenamento que perigos podem surgir, a sua probabilidade e as suas consequências. Não existe uma solução standard: as necessidades individuais devem ser minuciosamente avaliadas para adaptar o sistema de segurança necessário. É importante envolver e colaborar com as seguradoras desde o início do projeto de construção de um sistema de segurança e escolher um fornecedor que possa demonstrar um longo histórico no armazenamento de produtos perigosos. Estamos felizes por compartilhar os nossos conhecimentos e experiência consigo!

Salas técnicas modulares à sua medida.

O perigo potencial das baterias de lítio requer sistemas de armazenamento muito especiais. Oferecemos instalações de segurança projetadas com esse objetivo. Garantimos 90 minutos de proteção contra incêndio desde o interior ou exterior e oferecemos várias opções de equipamentos de segurança, como por exemplo, superfícies de alívio de pressão na área superior, ventilação forçada, sistemas de monitorização (deteção de gases, controlo de temperatura, deteção precoce de incêndios), bacias de retenção integradas ou extintores integrados. Está interessado em realizar ensaios com baterias de lítio? Construímos, consigo, um espaço adequado que lhe proporcione um ambiente seguro. As salas técnicas de ensaio podem-se projetar, por exemplo, como câmara climatizada para permitir ensaios em diferentes âmbitos de temperatura.

Na ausência de diretrizes legais específicas para o armazenamento de baterias de lítio e devido à grande diferença de riscos potenciais entre uma empresa e outra, é essencial adaptar as instalações de armazenamento e teste de baterias de lítio de forma individual. Para isso, os nossos engenheiros desenvolvem a sua sala de armazenamento e teste à sua medida.

Sabia que...? Muitas empresas confiam na DENIOS para o armazenamento seguro das suas baterias de iões de lítio e instalámos numerosas salas de ensaio para grandes clientes. Leia mais sobre os nossos projetos de sucesso: o design de um Showroom de baterias para o famoso fabricante HOPPECKE, uma Sala de ensaios para baterias estacionárias para a Voltavision GmbH e um Armazém de mercadorias perigosas para baterias de iões de lítio para a KTM-Sportmotorcycle AG.

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A nova geração de armários de segurança com proteção contra incêndio de dentro para fora e de fora para dentro

Deve existir uma solução segura de carregamento e armazenamento, mesmo quando se menejam quantidades muito pequenas de baterias de lítio de baixa potência. Por esta razão, desenvolvemos uma nova geração de armários de segurança com 90 minutos de resistência ao fogo desde o interior e exterior. Para além da proteção contra incêndios de ambos os lados, fornecemos equipamento especial para o carregamento e armazenamento das suas baterias de lítio. Dependendo do modelo, os nossos armários de baterias de lítio estão equipados com sistemas de segurança adicionais para a extinção de incêndios e tecnologias de controlo avançadas que permitem que se utilizem, também, para o carregamento supervisionado de baterias e para o armazenamento preventivo de baterias em estado crítico.

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