用熱管理方案解決鋰電池航空運輸安全問題
執(zhí)行摘要
摩根先進材料（Morgan Advanced Materials）采取的創(chuàng)新舉措推動了一種新穎的解決方案的開發(fā)，用以解決民用飛機運輸鋰電池時可能引發(fā)的問題。多年來，這種電池的熱失控問題已經(jīng)引發(fā)了一些非常嚴重的事故，因而促使國際民航部門采取有力措施來加強其作為貨物運輸時的安全性。然而，這些電池仍然被成千上萬的乘客隨身攜帶，同樣有過熱的可能，這將構(gòu)成持續(xù)的危險。現(xiàn)在，利用摩根公司最新的材料技術(shù)開發(fā)出一種安全、可靠的解決方案，并且與領(lǐng)先的航空公司協(xié)力進行了測試。
鋰電池造成的問題
鋰電池現(xiàn)在幾乎無處不在，它能為筆記本和平板電腦、MP3播放器、手機和照相機以及無線設(shè)備提供動力。這意味著許多航空旅客將攜帶至少一個電池登上飛機。雖然這些電池通常都是可靠的，但是問題在于它們在少數(shù)情況下有可能過熱并起火。雖然這可是極少數(shù)現(xiàn)象，并且在陸地環(huán)境或其他交通工具上能從容處理，但是在飛機這樣的封閉空間內(nèi)，通常載有幾百名乘客以及機
組人員，像火災這樣的事故是必須嚴格杜絕的。問題主要與可能產(chǎn)生的熱失控相關(guān)。從本質(zhì)上而言，熱失控是一種熱量產(chǎn)生的自動加速過程，伴隨著溫度的快速升高，并且會從產(chǎn)品外殼排出可燃的氣體和液體。簡單來說，僅僅一個電池過熱就可能在短短幾分鐘內(nèi)引起無法控制的火災、爆炸或壓力波，這三種情況甚至可能同時發(fā)生。關(guān)鍵的挑戰(zhàn)在于在飛機上如何阻止上述情況
在單個電池、電池模組、電池包與周圍的事物之間的蔓延，從而拖延時間以采取緊急措施來進行安全著陸。在理想的情況下，生產(chǎn)商會采用能防止熱失控發(fā)生的化學物質(zhì)和電池結(jié)構(gòu)。然而，增加能量密度（對電池來說就是需要存儲更多電荷）的要求讓這個工作極具挑戰(zhàn)，特別是在空間要求苛刻的應用中尤其如此。從1991年3月至2016年1月期間，美國聯(lián)邦航空局（FAA）記錄了總計171次事件與作為行李或貨物的電池有關(guān)
聯(lián)。隨著時間的推移，鋰電池引發(fā)的這些事件所占比例逐年升高。
在有些情況下這些事件造成了災難性的后果。2006年，美國費城的一架UPS DC-8貨運飛機上發(fā)生的火災將飛機徹底毀壞。四年后，另一架載滿81,000個鋰電池的飛機起火，從迪拜起飛后不久就墜毀了，并導致兩人死亡。一年后，兩名機組人員在噴氣式貨機墜入中國東海時喪生，事情就發(fā)生在一名機組人員報告稱飛機上發(fā)生火
災后不久。
法律如何規(guī)定？
目前主要有兩種類型的鋰電池——鋰原電池（UN3090）和鋰離子電池（UN 3480）。這兩種類型的電池可能
引發(fā)火災的風險一向被有關(guān)部門公認，它們也因此被美國聯(lián)邦法規(guī)第49條、危險物質(zhì)管理條例（HazardousMaterials Regulations）和國際民航組織（ICAO）技術(shù)規(guī)范列為第9類危險材料。
1999年，在洛杉磯機場發(fā)生了一起涉及120,000個鋰原電池的火災，導致美國國家運輸安全委員會提出了與5項消防和安全建議有關(guān)的議題，并引發(fā)了研究與特別項目管理局（Research and Special Programs Administration，RSPA）和美國聯(lián)邦航空局（FAA）進行相關(guān)調(diào)查，FAA危險貨物建議公告（DAGB）00-02也是與此有
關(guān)。隨后的研究表明，鋰原電池引起的火災不能被鹵代烷（halon）滅火器充分控制，因此，美國聯(lián)邦航空局在200
5年，以及國際民航組織（ICAO）從2015年年初開始，都禁止在民航客機中運輸鋰原電池。
同時，美國聯(lián)邦航空局發(fā)布的運營商安全警告（SAFO）16001“鋰離子電池或鋰金屬電池作為客運和貨運飛機貨物運輸時發(fā)生火災或爆炸的危險”，建議運營商在用貨機運輸鋰離子電池或鋰金屬電池之前，應該認識到國際民航組織和主要的飛機制造商（波音和空客）都建議運營商進行安全風險評估，以確定是否能夠并且如何管理與這些物品運輸相關(guān)的風險。
除了這些建議，法規(guī)也變得更加嚴格。2016年2月22日，國際民航組織通過了禁止在飛機上攜帶UN3480鋰離子電池作為貨物的禁令，于2016年4月1日起生效。為了詳細說明這一要求，國際民航組織“危險貨物空運安全技術(shù)規(guī)范（Technical Instructions for the SafeTransport of Dangerous Goods byAir）”2015/16（9284文件）還規(guī)定，運輸?shù)匿囯x子電池和電池組必須保證電量狀態(tài)（SoC）不超過額定設(shè)計能力的30%，還有允許的包裝和標簽內(nèi)容的詳細信息。
雖然對鋰原電池和鋰離子電池作為貨物運輸?shù)南拗迫諠u嚴格，然而這些限制并沒有針對它們在飛機機艙內(nèi)被乘客攜帶。即便如此，航空公司也已認識到需要解決這一問題。
解決方案
摩根認識到問題是與電池過熱有關(guān)，并且需要盡量減少火災風險以及提供絕緣材料來控制熱量傳播，他們著手
利用其豐富的先進絕緣技術(shù)來開發(fā)解決方案。
在用來阻止熱能傳播的高性能絕緣材料領(lǐng)域，摩根是全球知名的專家，并且也提供用于封裝飛行數(shù)據(jù)記錄器F__DR和駕駛艙語音記錄儀（CVR）產(chǎn)品的材料，在石油與天然氣領(lǐng)域，用其FireMaster® Marine Plus Blanket防火毯包裹近海開采設(shè)施的生活區(qū)，為其結(jié)構(gòu)提供保護，從而讓鉆井平臺的工作人員在突發(fā)火時有足夠的逃離時間。將摩根的材料進行各種配置和組合，能夠有效地隔熱阻燃，將火災風險控制到最小，并且有效止傳熱。
這種理想的袋子解決方案使用了該公司的核心產(chǎn)品——FireMaster Marine Plus
防火毯，通常用來長時間地保護FRP復合材料、鋼、鋁結(jié)構(gòu)。外層包括硅膠涂層玻璃布和鉤環(huán)搭扣帶，一旦物品被放入袋中便可確保袋子密封。選擇的材料使其即使是與水接觸也能保持完整性，這樣可以立即幫助過熱電池降低溫度。
袋子的尺寸為500毫米x 500毫米，以常用于熱防護服和焊接設(shè)備的耐高溫紗線縫制。這些袋子已經(jīng)與德國漢莎航空集團旗下的德國之翼航空公司（Germanwings）一起進行了廣泛的測試。
若想獲得更多信息，請聯(lián)系Peter Ermtraud（peter.ermtraud@morganplc.com）或Thomas
Schwarz（thomas.schwarz@morganplc.com）。
您也可以在以下網(wǎng)站獲得關(guān)于摩根技術(shù)的進一步信息：www.morganfireprotection.com/battery-bags。
Thomas Schwarz和Peter Ermtraud是摩根先進材料公司熱產(chǎn)品（Thermal Products）事業(yè)部的員工。
摩根熱陶瓷中國
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