水凝膠對(duì)磷酸鐵鋰電池滅火實(shí)驗(yàn)性能

鋰電池因能量密度高、生命周期長(zhǎng)、自放電率低、無(wú)記憶性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站等領(lǐng)域

，然而由于復(fù)雜多樣的運(yùn)行環(huán)境和濫用行為(如撞擊、過(guò)充過(guò)放等)，極易導(dǎo)致鋰電池?zé)崾Э?/p>

，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)爆炸事故，造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失

，表1 列舉了近年來(lái)發(fā)生的重大鋰電池?zé)崾Э厥鹿拾咐?/p>

由于鋰電池火災(zāi)爆炸事故時(shí)有發(fā)生，如何有效撲滅鋰電池火災(zāi)至關(guān)重要。在鋰電池火災(zāi)中，目前應(yīng)用較多的滅火劑有CO

、七氟丙烷(HFC)、全氟己酮等氣體滅火劑以及水、細(xì)水霧、細(xì)水霧添加劑等，不同滅火劑的滅火效果存在差異。卓萍等

為了驗(yàn)證不同滅火裝置對(duì)儲(chǔ)能電池模組火災(zāi)的滅火效果，分別考察了七氟丙烷、全氟己酮、熱氣溶膠、細(xì)水霧等滅火裝置，發(fā)現(xiàn)針對(duì)儲(chǔ)能電池模組火災(zāi)，部分滅火劑可以撲滅初期火災(zāi)，但是難以中斷儲(chǔ)能電池內(nèi)部反應(yīng)，可能發(fā)生復(fù)燃；李毅等

開(kāi)展了干粉、二氧化碳、水成膜泡沫滅火劑等不同滅火劑及細(xì)水霧撲救鋰離子電池火災(zāi)的實(shí)體滅火實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)燃的出現(xiàn)時(shí)間與滅火劑的冷卻能力成正比；劉昱君等

開(kāi)展了多種滅火劑撲救大容量鋰離子電池火災(zāi)的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：不同種類滅火劑在抑制電池溫度上升方面表現(xiàn)出明顯區(qū)別，其中，抑制溫升效果優(yōu)劣依次為全氟己酮、HFC、ABC 干粉和CO

。可以看出，在眾多滅火劑中，水系滅火劑在鋰電池火災(zāi)中有著較好的撲滅效果。

在水系滅火劑對(duì)鋰電池火災(zāi)的撲滅能力探究中，王銘民等

提出了細(xì)水霧局部滅火方式，將細(xì)水霧直接噴放到磷酸鐵鋰電池模塊內(nèi)電池上，可以有效撲滅磷酸鐵鋰電池預(yù)制艙火災(zāi)并防止復(fù)燃；朱明星等

開(kāi)展了含表面活性劑細(xì)水霧對(duì)鋰電池滅火效果的研究實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明含表面活性劑的細(xì)水霧可以提高滅火效果；張青松等

開(kāi)展了細(xì)水霧添加劑抑制鋰電池火災(zāi)最佳濃度研究，發(fā)現(xiàn)隨著濃度逐漸增加，添加劑對(duì)鋰電池火災(zāi)的抑制效果有所上升。

在使用TDR系統(tǒng)進(jìn)行滑坡的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)過(guò)程中，首先根據(jù)滑坡的實(shí)際情況，在滑坡的某個(gè)位置鉆孔，打穿潛在滑動(dòng)面后直至穩(wěn)定的地層，將TDR同軸電纜安放在監(jiān)測(cè)鉆孔中。而后，將同軸電纜與電纜測(cè)試儀相連，回填鉆孔，將同軸電纜與周圍地層緊密結(jié)合(圖6)。接著，把電纜測(cè)試儀作為信號(hào)源，發(fā)出脈沖電磁波，通過(guò)同軸電纜進(jìn)行傳輸，同時(shí)接收從電纜中反射回來(lái)的脈沖信號(hào)。數(shù)據(jù)記錄儀接到電纜測(cè)試儀的上部，記錄、存儲(chǔ)從同軸電纜中反射的脈沖信號(hào)，為后續(xù)分析做準(zhǔn)備。通過(guò)TDR系統(tǒng)確定滑動(dòng)面位置，對(duì)不同深度的滑坡體位移動(dòng)態(tài)進(jìn)行記錄分析，定位監(jiān)測(cè)對(duì)滑坡深部位移，在工程中具很好的應(yīng)用前景[37-38]。

通過(guò)對(duì)鋰電池滅火效果的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：鋰電池在普通水系滅火劑作用下，雖然表面明火被撲滅，但內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)仍在進(jìn)行，當(dāng)溫度上升到臨界溫度后，又會(huì)引發(fā)新的燃燒并引發(fā)鄰近電池發(fā)生連鎖反應(yīng)。為了達(dá)到高效滅火效果，就需要對(duì)鋰電池進(jìn)行持續(xù)降溫，并且阻斷相鄰電池間的熱傳導(dǎo)，水凝膠滅火劑很好地滿足了這一要求。水凝膠是一類極為親水的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠，它能在水中迅速溶脹，可以保持大量的水分子而不溶解，具有溫度敏感性，與水混合后在低溫時(shí)黏度小、流動(dòng)性大、易于噴灑；高溫時(shí)黏度大、流動(dòng)性小，使用過(guò)程中不僅可以減少噴射劑量，還可以吸附在高溫物體表面，起到持續(xù)降溫的效果，往往適用于木垛、木材等容易發(fā)生陰燃的滅火場(chǎng)景中

。本工作擬將高分子材料溶于水，形成具有溫度敏感性和保水性強(qiáng)的水凝膠滅火劑，針對(duì)傳統(tǒng)水系滅火劑易流失、阻隔性差、附著力弱、滲透性低等缺點(diǎn)，分別在有無(wú)水凝膠滅火劑條件下對(duì)磷酸鐵鋰電池組展開(kāi)燃燒實(shí)驗(yàn)，并針對(duì)火焰圖像、火焰高度、電池溫度等燃燒特性參數(shù)進(jìn)行探究，以驗(yàn)證水凝膠滅火劑的滅火性能。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)布置

鋰電池火災(zāi)不同于其他燃燒過(guò)程，中途會(huì)出現(xiàn)多次射流火焰，噴射次數(shù)和火焰形態(tài)會(huì)受到電池?cái)?shù)量和電池泄壓口的影響，射流火特性參數(shù)與氣體泄漏質(zhì)量速率相關(guān)

，通過(guò)測(cè)量火焰高度，能有效反映燃燒強(qiáng)度。

針對(duì)多種形式偏好信息下帶有多種類型主體期望的雙邊匹配問(wèn)題，本文將前景理論引入到雙邊匹配中，提出一種考慮主體心理行為的雙邊匹配方法。該方法以主體期望為參照點(diǎn)，將雙邊主體給出的偏好信息轉(zhuǎn)化為前景值，以最大化每個(gè)主體的前景值，建立雙邊匹配多目標(biāo)優(yōu)化模型，利用匹配競(jìng)爭(zhēng)度將多目標(biāo)優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)規(guī)劃模型進(jìn)行求解，獲得雙邊匹配方案。本文發(fā)展和完善了雙邊匹配理論，為解決多種形式偏好信息下帶有多種類型主體期望的雙邊匹配問(wèn)題提供了一種新的方法，具有一定的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。未來(lái)將進(jìn)一步研究多種形式偏好信息下考慮同事效應(yīng)的雙邊匹配問(wèn)題。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)前首先將樣品電池串聯(lián)連接，并以恒定電流1 A 充電到100%電量，再將其捆綁后固定在網(wǎng)孔大小1 cm×1 cm的支架中心；實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)首先打開(kāi)排煙風(fēng)機(jī)保證通風(fēng)條件完好；然后打開(kāi)加熱爐預(yù)熱2 min，以2 kW功率持續(xù)加熱；最后同步打開(kāi)熱電偶、DV 等數(shù)據(jù)采集器，電池產(chǎn)生火焰后馬上關(guān)閉加熱爐。

采用自動(dòng)舵技術(shù)，借助螺旋槳的推力和兩個(gè)螺旋槳的速度差來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)航速和航向，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)按照預(yù)先設(shè)定的計(jì)劃的航線進(jìn)行精準(zhǔn)的走線、換線及回歸等功能。

（2）清靜養(yǎng)神法：護(hù)理人員應(yīng)保持初產(chǎn)婦病房環(huán)境的清潔和安靜，并適時(shí)告知初產(chǎn)婦，分娩是女性必經(jīng)的生理過(guò)程，應(yīng)以清凈、安定地心態(tài)看待分娩；同時(shí)，護(hù)理人員還應(yīng)詳細(xì)為其講解疼痛的原因，并盡可能滿足產(chǎn)婦的合理訴求，以緩解產(chǎn)婦的焦慮感。

776 s 開(kāi)始噴射滅火劑后，783～789 s 在水霧作用下火焰高度不斷下降，但是由于噴射氣流具有較大初動(dòng)能，火焰在向上受阻后開(kāi)始向兩側(cè)擴(kuò)散，同時(shí)部分滅火劑液滴與電池表面接觸，引起共沸物飛濺，產(chǎn)生了小分子可燃蒸汽

，使得兩側(cè)的火焰面積有所增加，隨著水霧對(duì)可燃?xì)怏w的不斷稀釋，燃燒強(qiáng)度逐漸下降，直到火焰熄滅。

2 水凝膠特性分析

2.1 熱重分析

熱重實(shí)驗(yàn)采用的是瑞士METTLER公司生產(chǎn)的熱重分析儀，試樣為2 mg，反應(yīng)氣流為40 mL/min，升溫程序設(shè)置為20～600 ℃，升溫速率為20 ℃/min.共聚物水凝膠在空氣氣流氛圍下的質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線和質(zhì)量損失速率曲線如圖2所示。

由圖可以看出，在溫度低于328 ℃范圍內(nèi)，共聚物質(zhì)量損失曲線相對(duì)緩慢，質(zhì)量損失約占總質(zhì)量的22%，剩余質(zhì)量78%，這是由于滅火劑中的非結(jié)合水由于吸收熱量而汽化，結(jié)合水與凝膠大分子結(jié)合較為緊密而繼續(xù)以液體形式保留；在328～380 ℃溫度范圍，水凝膠質(zhì)量損失較快，在355 ℃時(shí)，其質(zhì)量損失占總質(zhì)量的80%，這是由于聚合物分子鏈斷裂，部分物質(zhì)分解，從而使原本與凝膠大分子緊密結(jié)合的水脫離并汽化，所以此階段質(zhì)量降低明顯，355 ℃時(shí)的質(zhì)量損失速率達(dá)到最大值，為1.3 g/℃；355～600 ℃溫度范圍內(nèi)，水凝膠質(zhì)量基本不再發(fā)生變化，這是由于雖然溫度繼續(xù)升高，但此時(shí)與凝膠分子結(jié)合的水已基本全部汽化，從而能夠保持質(zhì)量穩(wěn)定。根據(jù)熱重分析結(jié)果，該水凝膠滅火劑在使用時(shí)，可以有效保證在溫度上升過(guò)程中水分流失，從而有效覆蓋電池表面，實(shí)現(xiàn)降溫目的。

實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制噴水設(shè)備開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)水凝膠滅火劑的噴射，為了研究水凝膠滅火劑對(duì)鋰電池燃燒的最大抑制效果，噴射時(shí)間選擇在第一次射流火焰出現(xiàn)時(shí)刻，火焰熄滅后，停止噴射滅火劑。水凝膠滅火劑主要分為凝膠和水溶液兩部分，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主要通過(guò)觀察火災(zāi)圖像、火焰高度和熱電偶溫度等參數(shù)來(lái)評(píng)估滅火效果。

2.2 溫敏性分析

溫敏性是指物質(zhì)的某種屬性隨著溫度的變化而發(fā)生顯著變化的特性，由于水凝膠屬于高分子鏈聚合物，其在不同溫度下分子之間的舒展或者聚攏作用會(huì)出現(xiàn)差異，導(dǎo)致其流動(dòng)性受到影響。為了防止過(guò)低的流動(dòng)性影響噴射距離，或者過(guò)高的流動(dòng)性減少溶液覆蓋在電池表面的時(shí)間，有必要對(duì)水凝膠的流動(dòng)性隨溫度的變化特征進(jìn)行探究。同時(shí)，水凝膠的分子舒展程度也會(huì)反映在其透光性的改變上，因此水凝膠的溫度敏感性可以通過(guò)溫度和透光率之間的關(guān)系來(lái)確定。圖3 分別為1%、2%、3%質(zhì)量配比的水凝膠溶液透光率隨溫度變化曲線，透光率的拐點(diǎn)即敏感溫度。由圖3可以看出，在敏感溫度之前，水凝膠的透光率均保持在95%～100%之間，與純水接近；1%、2%、3%質(zhì)量配比水凝膠溶液透光性分別在67～70 ℃、75～78 ℃、79～82 ℃發(fā)生顯著下降；當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，水凝膠透光率又維持相對(duì)穩(wěn)定不再變化。

anglelh1、anglerh1、anglelh2以及anglerh2四者的論域與隸屬度函數(shù)設(shè)置相同。對(duì)應(yīng)論域分別為ANGLELH1、ANGLERH1、ANGLELH2、ANGLERH2；論域內(nèi)容均設(shè)置為{0,1,2,3}；模糊集為{Z,S,M,B}，分別對(duì)應(yīng)“零”、“小”、“中”、“大”；隸屬度函數(shù)種類選擇為“trimf”，隸屬度函數(shù)參數(shù)為[-1, 0, 1] ，[0, 1, 2] ，[1, 2, 3] ，[2, 3, 4] 。

圖4記錄了單個(gè)電池的燃燒圖像，可以看出單個(gè)磷酸鐵鋰電池在受熱前528 s，表面逐漸由“明亮色”變成“暗黑色”，528 s發(fā)出響聲后出現(xiàn)第1次燃燒，此過(guò)程可能為可燃?xì)怏w與泄壓口摩擦自燃，隨后528～573 s 隨著氣流的減弱，火焰逐漸減小至熄滅；573～718 s 內(nèi)，電池受熱逐漸增加，不斷有白煙從正極釋放，直到718 s 有黑色液體沿電池表面從正極泄壓口溢出，滴落在鐵絲網(wǎng)上被加熱爐引燃，隨后整個(gè)電池發(fā)生劇烈燃燒，火焰高度在728 s到達(dá)最大值，744 s后電池保持一段穩(wěn)定燃燒后熄滅，整個(gè)燃燒過(guò)程大約持續(xù)40 s。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 火焰圖像

分析認(rèn)為，低于敏感溫度時(shí)，水凝膠舒展性較大，幾乎能完全溶于水中，因而可以保持較好流動(dòng)性；當(dāng)達(dá)到敏感溫度時(shí)，水凝膠內(nèi)部分子鏈由于熱運(yùn)動(dòng)加劇，產(chǎn)生相互作用，連接更加緊密，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將水分子固定在內(nèi)部

，起到固水作用。因此將水凝膠運(yùn)用于火災(zāi)場(chǎng)景中，其低溫時(shí)能充分溶于水溶液中，黏度小，流動(dòng)性能好，能保證較大的噴射距離；高溫時(shí)，一定的保水能力又使其能夠覆蓋電池表面并深入內(nèi)部縫隙，阻隔內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)降溫，可以實(shí)現(xiàn)較好的滅火效果。經(jīng)過(guò)篩選，最終選用溫度敏感區(qū)間較符合要求的質(zhì)量配比2%的水凝膠溶液進(jìn)行滅火實(shí)驗(yàn)。

影響臨界雨量的因素多，且地質(zhì)地形、前期降雨、山洪災(zāi)害種類（山溪洪水、滑坡）等各種因素的定量關(guān)系難以確定，各次導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生的雨量不完全相同，因此區(qū)域內(nèi)各站的臨界雨量也不盡相同。當(dāng)前主要在分析總結(jié)當(dāng)?shù)貧v史山洪災(zāi)害發(fā)生時(shí)降雨情況的基礎(chǔ)上，確定臨界值，缺乏全面的理論根據(jù)，需要在今后的運(yùn)行實(shí)踐中，進(jìn)行補(bǔ)充修正。

圖5記錄了單個(gè)磷酸鐵鋰電池燃燒過(guò)程中被水凝膠滅火劑撲滅的視頻圖像。電池在長(zhǎng)時(shí)間受熱后，從正極口不斷噴出白色有刺激性氣味的氣體，大約持續(xù)8 s，直到687 s時(shí)白色煙氣被引燃，產(chǎn)生明亮火焰，火焰形態(tài)兩側(cè)狹窄，并有向上蔓延趨勢(shì)。

688 s 開(kāi)始噴射滅火劑后，具有一定初動(dòng)能的水霧撞擊火焰，將其分散為兩部分，使火焰形態(tài)呈現(xiàn)Y字型，并不斷向兩側(cè)浮動(dòng)；689～695 s火焰高度并未明顯下降，反而略微升高，這是由于噴射的水霧產(chǎn)生了空氣擾動(dòng)，使得可燃?xì)饬髋c水霧噴射反方向蔓延，從而產(chǎn)生向上擴(kuò)散的趨勢(shì)。噴射出的水凝膠滅火劑在低溫時(shí)由于其流動(dòng)性較好，部分液體以細(xì)水霧形式飄浮在空氣中，對(duì)可燃?xì)怏w具有稀釋作用；在高溫時(shí)水霧受熱轉(zhuǎn)換為水蒸氣，進(jìn)一步稀釋氣體的同時(shí)，又通過(guò)汽化吸熱實(shí)現(xiàn)降溫，最終達(dá)到滅火效果。

圖6 記錄了2×2 電池組的燃燒過(guò)程。電池組在加熱至542 s 時(shí)出現(xiàn)響聲，同時(shí)正極泄壓口打開(kāi)，但是沒(méi)有火焰同步出現(xiàn)，542～684 s 電池受熱并持續(xù)釋放煙氣，直到電解液順著電池表面滴落至鐵絲網(wǎng)后被引燃；686 s 其余電池在加熱作用下開(kāi)始燃燒，噴射氣體匯聚在一點(diǎn)使得火焰高度在705 s達(dá)到最大值，燃燒穩(wěn)定維持一段時(shí)間后，火焰逐漸減小至熄滅。

圖7記錄了2×2磷酸鐵鋰電池組(100%SOC)燃燒過(guò)程中被水凝膠滅火劑撲滅的視頻圖像。610～695 s 伴隨響聲產(chǎn)生明亮火焰，電池開(kāi)始階段穩(wěn)定燃燒，考慮到此時(shí)還有3個(gè)電池尚未燃燒，故未采取滅火措施?；鹧嫒紵?0 s后熄滅，761 s再次出現(xiàn)轟燃，此過(guò)程類似高壓氫氣在管內(nèi)噴射燃燒，首先形成柱狀火焰，隨后演變?yōu)榍蛐位鹧?，最后發(fā)展為穩(wěn)定的噴射火焰

。電池組開(kāi)始二次燃燒后，火焰形態(tài)相比第一次更加狹長(zhǎng)，火焰高度明顯增加，這是由于二次燃燒時(shí)，有更多的電池參與燃燒，可燃?xì)怏w的流量增加，形成火焰面需要卷吸更多的氧氣才能維持燃燒，因此需要不斷增加火焰高度來(lái)擴(kuò)大與空氣接觸面積。

為保護(hù)“母親湖”，湖南省歷來(lái)高度重視洞庭湖保護(hù)和治理工作，尤其是黨的十八大以來(lái)，全省各級(jí)各有關(guān)部門進(jìn)一步提高政治站位，牢固樹(shù)立“綠水青山就是金山銀山”的思想，認(rèn)真貫徹習(xí)近平總書記長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“共抓大保護(hù)、不搞大開(kāi)發(fā)”和“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的指示精神，把生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理擺在突出位置，始終做到思想上高度重視、認(rèn)識(shí)上高度統(tǒng)一、行動(dòng)上高度自覺(jué)，直面問(wèn)題，動(dòng)真碰硬，縱深推進(jìn)洞庭湖生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理工作。

3.2 火焰高度

燃燒實(shí)驗(yàn)裝置由加熱設(shè)備、燃燒室、噴水設(shè)備、DV、熱電偶等組成，如圖1所示。電池組放置在功率為2 kW的加熱爐上(距離電池下表面2 cm)，2 個(gè)DV 分別用于近距離拍攝正極泄壓孔的變化和遠(yuǎn)距離拍攝整個(gè)燃燒過(guò)程和火焰形態(tài)。電池上表面垂直方向每間隔5 cm 設(shè)置1 根K 型熱電偶測(cè)量氣相溫度分布，共5個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)。對(duì)于單個(gè)電池，溫度測(cè)點(diǎn)位于正極正上方；對(duì)于2×2電池組，溫度測(cè)點(diǎn)位于4個(gè)正極的幾何中心正上方。實(shí)驗(yàn)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的羧甲基纖維素溶液與1%的氯化鋁溶液，制備出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的水凝膠絡(luò)合物溶液，噴射高度距電池上表面1.2 m，噴射流量為1.17 L/min，噴射角度為30°。實(shí)驗(yàn)選取100%SOC的18650磷酸鐵鋰電池，具體參數(shù)見(jiàn)表2，電池測(cè)試樣品分為兩組，分別為單個(gè)電池和2×2電池組。為減小實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)4次。

圖8為單個(gè)磷酸鐵鋰電池在是否有水凝膠滅火條件下的火焰高度曲線(100% SOC)，可以看出：?jiǎn)蝹€(gè)電池?zé)崾Э睾?，電解液氣化產(chǎn)生可燃?xì)怏w不斷從正極泄壓口向電池上方釋放，達(dá)到一定濃度后被明火引燃。由于氣體在噴射過(guò)程中有向上的初始速度，燃燒時(shí)火焰高度會(huì)大于煙氣團(tuán)聚集高度，并在一定時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定燃燒，隨后逐漸減弱，直到可燃?xì)怏w濃度達(dá)到燃燒下限燃燒終止。單個(gè)電池的最大火焰高度通常出現(xiàn)在氣體剛被點(diǎn)燃時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)電池內(nèi)部壓力最高，可燃?xì)怏w初始動(dòng)能最大，噴射距離也達(dá)到最遠(yuǎn)。在688 s噴射滅火劑后，由于滅火劑所附帶的初始動(dòng)能較大，對(duì)可燃?xì)怏w產(chǎn)生一定擾動(dòng)，使氣體濃度降低以減弱燃燒強(qiáng)度，因而電池火焰高度短暫維持150～200 mm后迅速熄滅，火焰高度相比沒(méi)有施加滅火劑的空白組200～250 mm下降了25%左右，而且燃燒時(shí)間縮短了10 s。

圖9 為2×2 磷酸鐵鋰電池組在是否有水凝膠滅火條件下的火焰高度曲線(100%SOC)，可以看出：開(kāi)始時(shí)電解液氣化產(chǎn)生可燃?xì)怏w，不斷從正極泄壓口向電池上方釋放，達(dá)到一定濃度后被明火引燃，此時(shí)火焰高度會(huì)達(dá)到一個(gè)較大值，然后回歸平穩(wěn)；一段時(shí)間后火焰高度又會(huì)達(dá)到最大值，這是由于其余電池在熱量累積過(guò)程中被引燃，整個(gè)過(guò)程中火焰高度最大為466 mm，平均火焰高度在255 mm，燃燒過(guò)程中火焰高度起伏較大。在噴射水凝膠滅火劑前，射流火焰高度最高可達(dá)472 mm，平均火焰高度在300 mm左右，776 s噴射水凝膠滅火劑后，火焰高度維持在200 mm左右，起伏不大，這是由于大部分液體被包裹在高分子材料中形成凝膠基團(tuán)，由于體積較大會(huì)直接在重力作用下落到電池表面，由于噴射過(guò)程較快，受熱時(shí)間短，滅火劑會(huì)先保持其流動(dòng)性，覆蓋電池表面并滲透進(jìn)電池孔隙中，隨后由于高溫時(shí)水凝膠受熱變?yōu)榘牍腆w，能夠很好地保持在電池上，繼續(xù)吸熱，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)降溫，有效降低火焰高度，對(duì)火焰?zhèn)鞑ゾ哂幸欢ㄒ种谱饔谩?/p>

3.3 電池溫度

本實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)熱電偶記錄了正極垂直中心線不同高度測(cè)點(diǎn)的火焰溫度以及靠近正極的表面溫度。圖10為單個(gè)磷酸鐵鋰電池(100%SOC)燃燒時(shí)溫度變化曲線。在0～917 s，電池表面溫度受加熱爐影響緩慢上升，在917 s 時(shí)，鋰電池內(nèi)部熱量累積使電池表面溫度達(dá)到154 ℃后發(fā)生熱失控；隨后可燃?xì)怏w噴出、電解液外泄發(fā)生燃燒，溫度迅速升高，火焰溫度最高達(dá)1066.6 ℃，電池表面最高溫度達(dá)到557.8 ℃，整個(gè)燃燒過(guò)程時(shí)間短，火焰溫升較快，曲線較陡。由于鋰電池表面存在與外界持續(xù)換熱的冷卻過(guò)程，所以火焰熄滅后電池溫度逐漸降低。

圖11 記錄了水凝膠對(duì)單個(gè)磷酸鐵鋰電池(100% SOC)滅火過(guò)程中的溫度變化曲線。在電池燃燒瞬間，電池表面溫度瞬間達(dá)到600 ℃左右，而其他測(cè)點(diǎn)的溫度隨高度上升而逐漸下降，此過(guò)程的溫度差異主要是由于火焰從下向上蔓延，不同高度測(cè)溫?cái)?shù)值會(huì)因火焰高度呈現(xiàn)差異。688 s 出現(xiàn)火焰時(shí)，立刻噴射水凝膠，當(dāng)水霧與火焰高溫環(huán)境接觸后，水霧蒸發(fā)會(huì)帶走部分熱量，剩余部分水被包裹在高分子材料中，穿過(guò)火焰覆蓋到電池表面，遇高溫后黏度變大，可實(shí)現(xiàn)持續(xù)降溫。兩種散熱方式同時(shí)作用導(dǎo)致火焰溫度與電池表面溫度在噴射水凝膠后迅速下降，并且沒(méi)有出現(xiàn)溫度回升，電池并未復(fù)燃。

圖12為2×2磷酸鐵鋰電池組(100%SOC)燃燒時(shí)溫度變化曲線，可以看出，電池組的熱失控點(diǎn)為156.7 ℃，電池?zé)崾Э氐?0 s內(nèi)，電池表面溫度上升254.3 ℃，最近5 cm 處溫度上升403 ℃。本次實(shí)驗(yàn)中火焰溫度最高達(dá)到1029.6 ℃，電池表面最高溫度達(dá)到637.2 ℃。值得注意的是，位于電池上方15 cm和20 cm的熱電偶溫度變化并不明顯，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中電池燃燒火焰只覆蓋到距電池表面更近的熱電偶?；鹧嫦绾?，電池表面溫度在400～500 ℃內(nèi)保持約150 s。

圖13 記錄了水凝膠對(duì)2×2 磷酸鐵鋰電池組(100% SOC)滅火過(guò)程中的溫度變化曲線?？梢钥闯?，776 s 噴射水凝膠滅火劑后，電池組溫度在滅火過(guò)程中出現(xiàn)幾次回升，這是因?yàn)殡m然水霧對(duì)電池釋放的可燃?xì)怏w有稀釋作用，但是多個(gè)電池釋放的可燃?xì)怏w濃度依然保持在燃燒范圍內(nèi)，而且火焰高度下壓后，被迫向兩側(cè)蔓延，增大了與相鄰電池的接觸面積，電池組在短時(shí)間內(nèi)燃燒加劇，隨后在水霧的稀釋作用和水凝膠覆蓋在電池表面的持續(xù)降溫作用下，火焰最終熄滅。電池組的溫度隨時(shí)間呈下降趨勢(shì)，電池表面溫度的最大降溫速率為16.8 ℃/s，火焰最大降溫速率為22.3 ℃/s，由于火焰先接觸到水霧的冷卻作用，電池火焰溫度相比電池表面溫度下降更為明顯。

4 結(jié) 論

使用水凝膠對(duì)單個(gè)電池的滅火時(shí)間為9 s，水凝膠用量0.18 L，電池表面溫度從550 ℃下降到200 ℃；對(duì)2×2 電池組的滅火時(shí)間為38 s，水凝膠用量0.76 L，電池表面溫度從575 ℃下降到175 ℃，成功脫離熱失控狀態(tài)。水凝膠滅火劑通過(guò)動(dòng)能干擾、水霧擴(kuò)散和覆蓋降溫等作用形式，在噴射后，有效降低火焰高度、分散火焰形狀，阻礙電池間熱量傳遞；隨著可燃?xì)饬鳚舛戎饾u降低，電池火災(zāi)最終被撲滅，且均未出現(xiàn)電池復(fù)燃，說(shuō)明水凝膠對(duì)鋰電池火災(zāi)具有較好的滅火效果。

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