Thoát nhiệt của pin Li-ion là gì? Vì sao rất khó dập cháy pin

“Thoát nhiệt” là khái niệm nền để hiểu mọi vấn đề về cháy pin Li-ion — từ xe điện, xe máy điện, xe đạp điện cho tới pin dự phòng và hệ lưu trữ điện. Bài này giải thích ngắn gọn hiện tượng đó, để khi đọc các bài chuyên sâu hơn anh/chị không phải tra lại từng thuật ngữ.

Thoát nhiệt là gì?

Pin Li-ion tích trữ năng lượng rất lớn trong một thể tích nhỏ. Bình thường năng lượng đó được giải phóng từ từ, có kiểm soát. Thoát nhiệt là tình huống năng lượng bị giải phóng mất kiểm soát: nhiệt độ trong một cell tăng tới ngưỡng tới hạn, làm khởi động một loạt phản ứng hóa học tự sinh thêm nhiệt. Nhiệt sinh ra lại đẩy phản ứng nhanh hơn — một vòng lặp tự khuếch đại không dừng lại được cho tới khi cell cạn năng lượng.

Chuỗi diễn biến điển hình:

1. Kích hoạt. Một cell bị quá nhiệt do sạc quá mức, chập điện, va đập, hoặc lỗi sản xuất.
2. Phá vỡ lớp ngăn cách (separator). Màng ngăn giữa cực âm và cực dương chảy/rách, gây đoản mạch bên trong.
3. Phản ứng tỏa nhiệt + sinh khí. Chất điện phân phân hủy, sinh ra khí cháy và áp suất; van an toàn xả khí.
4. Tự sinh oxy. Vật liệu cực dương (oxit kim loại) phân hủy và giải phóng oxy ngay trong lòng pin.
5. Lan truyền. Nhiệt từ cell này truyền sang cell bên cạnh, kích hoạt chúng vào thoát nhiệt — cả bộ pin cháy dây chuyền.

Vì sao thoát nhiệt khó dập hơn cháy thường?

Một đám cháy thông thường cần đủ ba yếu tố: nhiên liệu, oxy và nhiệt (tam giác cháy). Dập cháy là phá vỡ một trong ba: cắt oxy (trùm chăn, phủ khí trơ, phun bọt), hoặc ức chế phản ứng hóa học (bột chữa cháy).

Ba loại xe điện — mức năng lượng khác nhau, mức rủi ro khác nhau

Khi đọc về cháy pin xe, ba ký hiệu sau xuất hiện liên tục:

Năng lượng tích trữ càng lớn thì thời gian cháy càng dài và lượng nước cần để dập càng nhiều. Nhưng cần nhớ: xe máy điện và xe đạp điện tuy pin nhỏ hơn nhiều, lại nguy hiểm theo cách khác — chúng thường được sạc trong nhà ở, gần chỗ ngủ, ngay lối thoát nạn, nên một vụ thoát nhiệt nhỏ cũng đủ gây hậu quả nghiêm trọng.

Những dấu hiệu và hệ quả đặc trưng của thoát nhiệt

• Tiếng “bốp”, xì khí, tia lửa trước khi bùng cháy — dấu hiệu van pin đang xả khí.
• Khói trắng dày đột ngột — khí và hơi chất điện phân thoát ra, có thể xuất hiện trước ngọn lửa.
• Nhiệt độ vượt 1.000 °C trong lòng pin, cháy rất nhanh.
• Khí HF (hydro florua) độc sinh ra nhiều hơn hẳn cháy thường — nguy hiểm đặc biệt trong không gian kín.
• Bùng cháy lại sau nhiều giờ tới nhiều tuần, do các cell chưa phản ứng tiếp tục vào thoát nhiệt.

Câu hỏi thường gặp

Thoát nhiệt và cháy có phải là một không?

Không hẳn. Thoát nhiệt là cơ chế tự sinh nhiệt bên trong pin; nó thường dẫn tới cháy hoặc nổ, nhưng bản thân quá trình có thể bắt đầu trước khi thấy ngọn lửa (giai đoạn xả khí, khói trắng). Đó là lý do phát hiện sớm rất quan trọng — có một khoảng thời gian ngắn trước khi bùng cháy.

Vì sao không cắt oxy để dập cháy pin được?

Vì pin Li-ion đang thoát nhiệt tự giải phóng oxy từ vật liệu cực dương (oxit kim loại). Trùm chăn, phủ khí trơ hay phun bọt để cách ly oxy không khí đều không chặn được phản ứng, vì oxy đến từ bên trong pin chứ không phải từ không khí.

Pin xe máy điện, xe đạp điện có bị thoát nhiệt không?

Có. Cơ chế giống hệt pin ô tô điện, chỉ khác quy mô năng lượng. Vì các xe này thường được sạc trong nhà nên rủi ro với người ở lại có thể còn cao hơn — khói và khí độc lan trong không gian kín, gần chỗ ngủ và lối thoát.

Bình chữa cháy trong nhà có dập được pin đang thoát nhiệt không?

Bình bột và bình CO₂ thông thường không dập được pin đang thoát nhiệt, vì chúng không đủ khả năng làm mát và không cắt được nguồn oxy nội tại của pin. Chúng vẫn hữu ích để dập cháy các vật liệu xung quanh. Cách xử lý an toàn nhất với người dân là thoát ra ngoài và gọi 114, không cố dập.

Văn bản & bài viết liên quan

• Chữa cháy xe điện: biện pháp nào thực sự dập được cháy pin Li-ion?
• Khói và khí độc HF khi cháy pin