Литиевые аккумуляторы: начинка с огоньком

Литиевые аккумуляторы – один из наиболее распространённых типов батарей, без которого уже невозможно представить глобальный рынок электроники: сейчас ими укомплектованы телефоны, камеры, ноутбуки, электроинструменты, скутеры, электромобили и многое другое. Благодаря компактным размерам и малому весу в сочетании с высокой ёмкостью и возможностью перезарядки, литиевые батареи используются повсеместно и часто встречаются в перевозимых грузах. Однако, транспортировка товаров с Li-ion аккумуляторами сопряжена с высокими рисками, главные из которых – взрыв и самовозгорание.

После ряда серьёзных инцидентов были разработаны нормативные ограничения на перевозку литиевых батарей воздушным транспортом. Новые правила безопасности вступили в силу 1 апреля 2022 года.

Очевидно, что перераспределение грузопотока, содержащего литиевые батареи, приведёт к увеличению объёмов перевозок наземным транспортом. В дальнейшем подобные ограничения могут коснуться и морского транспорта. 

***

Группа литиевых батарей включает в себя перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторы и более десятка разновидностей литий-металлических батарей, вокруг которых сегодня сосредоточены основные усилия исследовательских центров по всему миру. Предполагается, что новое поколение аккумуляторов будет значительно превосходить нынешнее по плотности энергии, долговечности и безопасности.

Высокий спрос на аккумуляторные батареи неизбежно привёл к появлению «серого рынка» и введения в оборот дешёвой, некачественной и несертифицированной продукции, в том числе отремонтированных и даже самодельных аккумуляторов. Такая продукция всегда несёт в себе более высокие риски, но в общем глобальном грузопотоке её почти невозможно выделить и идентифицировать. А это означает, что любой перевозчик, сам того не подозревая, регулярно сталкивается с угрозой безопасности при транспортировке аккумуляторов. 

Как и со многими другими успешными технологиями, рыночный спрос на аккумуляторы опережает разработку связанных с ними правил безопасности. С середины 1980-х годов литиевые батареи классифицируются в соответствии с правилами перевозки опасных грузов на основе веса лития, содержащегося в элементах или батареях. По мере развития технологии вес батарей значительно уменьшился, а количество получаемой энергии увеличилось вдвое, что, соответственно, увеличило и риски. 

***

Встроенные в аккумуляторы средства защиты и контроллеры призваны обеспечить безопасность их транспортировки и эксплуатации на протяжении гарантированного срока службы. В подразделе 38.3 руководства по испытаниям и критериям Рекомендаций ООН по перевозке опасных грузов (начиная со страницы 419 в 7-м издании, изменённом со страницы 33 в 7-м издании с поправками 1-й версии) изложен международный стандарт, которому должны соответствовать литиевые батареи для получения сертификата безопасности.

Сертификация включает в себя прохождение серии лабораторных испытаний, в которых аккумулятор тестируется на взрывоопасность, воспламенение, протечку, сохранение целостности. Экспертизу должен проводить независимый сертифицированный центр, а ответственность за получение сертификата безопасности лежит на грузоотправителе/производителе.

***

Для транспортировки новые аккумуляторы могут быть упакованы отдельно, в комплекте с изделием (заменяемые аккумуляторы) или внутри изделий (несъёмные). При этом перевозчики должны принимать во внимание особенности логистики бывших в употреблении, повреждённых и неисправных продуктов, отправку литиевых батарей в качестве отходов и на переработку. Во всех случаях важным фактором является уровень заряда батареи: меньше накопленной энергии обычно означает меньший риск.

Помимо перевозки в качестве груза, литиевые батареи используются для питания электроники, используемой для мониторинга и повышения эффективности перевозок: в устройствах GPS, датчиках контроля движения и безопасности, в том числе в смарт-контейнерах. В Международной морской организации (IMO) не прекращаются дебаты о потенциальной опасности размещения такого количества электроники на контейнеровозах, а власти и надзорные органы совместно с представителями индустрии обсуждают внесение в Кодекс IMDG (МОПОГ) базовых стандартов безопасности для перевозки девайсов, укомплектованных литиевыми аккумуляторами.

***

Аккумуляторы чувствительны к нарушениям технологии производства, перепадам температур, внешним повреждениям и требуют строгого соблюдения условий хранения и эксплуатации. 

Установлено, что главные риски при транспортировке литиевых аккумуляторов связаны с тем, что продукция имеет производственные или эксплуатационные дефекты, не проверена и не сертифицирована. Также риски повышаются во время зарядки аккумуляторов. На любом этапе логистической цепи особую опасность представляют ранее уже использованные (полностью или частично заряженные) батареи, а также аккумуляторы, предназначенные для переработки или утилизации. Кроме того, расследование ряда инцидентов позволило установить критическую роль неправильной упаковки груза с аккумуляторами.

Удары и перегрев аккумуляторов при транспортировке могут привести к короткому замыканию или химической реакции. При сильном повреждении возгорание происходит моментально. Близость внешних источников тепла в этом случае приведет к увеличению площади и силы пожара. Пожары из-за возгорания литиевых аккумуляторов сложно тушить, они склонны к тепловому разгону и взрывоопасны. Из-за выделяемого тепла возможно повторное возгорание после тушения пожара, что несет дополнительную угрозу соседнему грузу и оборудованию. Подобные пожары особенно тяжело тушить в море, где возможности экипажа ограничены.

В целом, пожар – главная опасность при транспортировке, хранении и обработке литиевых аккумуляторов, о чём ТТ Клуб неоднократно упоминал в своих информационных материалах по безопасности. Любое возгорание сложно локализовать и ликвидировать как на суше, так и на море, а в небе такие инциденты могут обернуться настоящей катастрофой.

***

Литий как отдельное вещество и литиевые батареи примерно до середины 1980-х годов были отнесены к классу 4.3 в соответствии с правилами перевозки опасных грузов (вещества, которые при контакте с водой выделяют легковоспламеняющиеся газы). Эксперты и регулирующие органы были убеждены, что батареи меньшего размера представляют меньшую опасность по сравнению с их более крупными аналогами в цепочке поставок. Поэтому критерии классификации были изменены в зависимости от веса и отключения питания элемента или батареи. Следовательно, ионно-литиевые батареи классифицируются по содержанию эквивалентной энергии в ватт-часах (Втч), а батареи из литий-металла/сплава классифицируются по массе содержания лития в граммах.

Существует четыре разных номера ООН для классификации литиевых элементов или батарей на основе определенных пороговых значений:

Элементы — для литий-металлических/сплавных элементов содержание лития не более 1 грамма, а для литий-ионного элемента номинальная мощность в ватт-часах не превышает 20 Втч.

Аккумуляторы — для литий-металлического аккумулятора или аккумулятора из литиевого сплава суммарное содержание лития не превышает 2 г, а для ионно-литиевого аккумулятора номинальная мощность в ватт-часах не превышает 100 Втч.

Номера ООН:

• ООН 3090, Литий-металлические батареи (отправляемые самостоятельно)
• ООН 3480, Ионно-литиевые батареи (отправляемые самостоятельно)
• ООН 3091, Литий-металлические батареи, содержащиеся внутри оборудования или упакованные с оборудованием
• ООН 3481, Ионно-литиевые батареи, содержащиеся внутри оборудования или упакованные с оборудованием

Эти номера включены в Класс 9 (Прочие опасные вещества и изделия) на том основании, что литиевые батареи представляют собой не «вещество», а «предметы».

Специальное положение 188 (SP188)

Среди различных специальных положений, применимых к литиевым батареям, одно следует выделить особо. Поскольку литиевые батареи меньшего размера представляют меньшую опасность, в рамках правил ООН SP188 существуют специальные требования к условиям их транспортировки. Если литиевые батареи или элементы соответствуют этим требованиям, на них не распространяются другие положения кода ADR/IMDG. Однако, несмотря на допуск к перевозке в соответствии с SP188, эти батареи продолжают квалифицироваться как опасные грузы, транспортировка которых сопряжена в теми же рисками, хотя и в меньшем масштабе.

Квалификационные критерии в соответствии с SP188 начинаются с рассмотрения веса и энергоемкости, определяя максимальный вес и энергоемкость как для литий-металлических, так и для ионно-литиевых элементов и батарей. Требования к безопасности в первую очередь относятся к упаковке и защите элемента или батареи от короткого замыкания, особенно в тех случаях, когда элементы или батареи находятся внутри оборудования.

За некоторыми исключениями, каждая упаковка с литиевыми батареями, должна быть промаркирована соответствующей маркировкой. Важно: поскольку на литиевые батареи, подпадающие под действие SP188, не распространяются другие положения ДОПОГ/МКМПОГ, за исключением маркировки упаковок (невидимой снаружи после упаковки в грузовой контейнер), грузоотправитель не обязан отдельно уведомлять перевозчика о содержимом груза.

Элементы и батареи, не соответствующие требованиям, изложенным в SP188, разрешены к перевозке, но должны быть декларированы и отправлены как опасные грузы под соответствующим номером ООН.

При работе в цепочке поставок особенно важно соблюдать точную передачу информации и понимать, как распределяется ответственность между участниками транспортировки. Комплексная проверка контрагентов и груза, а также наличие Сертификата соответствия от грузоотправителя позволяет снизить риски.

 Следующий шаг

Дальнейшее развитие технологий должно привести к пересмотру классификации литиевых батарей, так как основная задача разработчиков – производить устройства меньшего размера и большей мощности. Такая трансформация элементов может привести к тому, что менее мощные батареи по-прежнему будут подпадать под действие SP188, а транспортировка фактически более мощных элементов останется без должного регулирования.

Некоторые производители настаивают на расширении текущих критериев квалификации в соответствии с SP188, чтобы включить в положение более мощные литиевые батареи, но эти предложения требует серьезной независимой экспертизы и заключения профессионального сообщества о требованиях к безопасности.

Снижение риска

Большинство грузоотправителей выполняют необходимые операции при подготовке груза к транспортировке: сертификация, классификация, упаковка, маркировка, декларирование. Однако всегда существует меньшинство – часто откровенно криминальное, – которое не соблюдает требования к безопасности грузоперевозок и вводит в цепочку поставок грузы, которые несут большой потенциальный риск для всех.

У перевозчика в интермодальной цепочке очень мало возможностей для визуальной или иной проверки соответствия груза. Именно поэтому проверка грузоотправителя имеет решающее значение: необходимо знать клиента и понимать принятые у него стандарты подготовки грузов, чтобы быть уверенным, что груз корректно декларирован и упакован.

В процессе транспортировки необходимо придерживаться точной и недвусмысленной коммуникация между участниками цепочки и своевременно обмениваться важной информацией.

Следует помнить, что несмотря на то, что до сих пор самые катастрофические потери, связанные с перевозкой литиевых батарей, происходили в воздухе, риску подвержены и наземные виды транспорта. Развитие технологий и рост спроса на электромобили говорит о том, что риски, связанные с литиевыми батареями, будут расти.