鉛酸蓄電池的火災危險性及管理措施的探索

李昊遠

摘 要：隨著我國節能減排的迫切性日益加劇，企業生產中越來越多的以鉛酸蓄電池作為各類生產工具的儲能裝置，由于鉛酸蓄電池內部反應復雜，極易引發火災事故。因此，對鉛酸蓄電池的火災危險性的探索與管理正成為企業面臨的難點。本文從鉛酸蓄電池的充放電反應機理進行分析，深度探索了鉛酸蓄電池的火災危險性及管理措施，實現本質安全，為企業的快速發展保駕護航。

關鍵詞：鉛酸蓄電池;析氫反應;火災危險性

隨著石油資源日趨枯竭，能源危機日益加劇，大氣污染越來越嚴重，所有企業已經普遍認識到節能和減排是未來企業發展的必要條件。同時，軌道交通裝備制造業發展迅速，正在成為人們日常生活、工作出行的主要選擇，因此軌道交通裝備制造企業在選擇各類電氣設施、生產工具、運輸工具等，正在逐漸的由耗油型轉變為耗電型，因此各種形式的電動車、充電電池正在廣泛的被利用起來，其中鉛酸蓄電池以它使用壽命長、放電量大、價格低廉被廣泛應用在儲能裝置領域。但是，由于它所帶來的消防安全方面的問題也引發了人們深刻的思考。

近年來，由鉛酸蓄電池引發的火災事故一直是火災防控的重點和難點，部分事故造成了慘重的人員傷亡，教訓十分深刻，較為典型的事故案例有：①2017年12月13日，北京朝陽區十八里店鄉白墻子村一村民自建房火災，造成5人死亡、9人受傷;②2017年9月25日，浙江省臺州市玉環市玉城街道一出租屋火災，造成11人死亡、2人受傷。上述火災事故的直接原因都是電動自行車在停放充電過程中引發。據有關報道，2013年至2017年全國共接報因使用鉛酸蓄電池的電動車引發的火災1萬余起，較前5年增長33.3%，目前電動車在消防安全方面主要存在：產品質量不過關，違規改造改裝，停放充電不規范，使用人群安全意識不夠，監管合力有待加強，防火安全性能低等6個方面的問題。現今由電動車充電電池引發的火災事故頻發，越來越受到人們的關注，因此，對鉛酸蓄電池火災危險性的分析及研究也變得越來越必要。

1 鉛酸蓄電池在軌道交通制造業生產中的應用

鉛酸蓄電池在軌道交通裝備制造業中被廣泛應用，主要為信息化機房儲能裝置。隨著計算機技術的不斷發展，與之配套產生的機房也迅速發展，各企業均開始建設大規模信息化機房，普遍采用鉛酸蓄電池作為儲能裝置，以此保證直流系統安全穩定;物流叉車、電動車的儲能裝置。現今制造業在生產過程中大量運用叉車和電動車作為主要的運輸方式，因此，鉛酸蓄電池因成本低、原材料來源廣泛、電池壽命長等優點，被廣泛應用于叉車、電動車的儲能裝置。

2 鉛酸蓄電池的裝置構成

鉛酸蓄電池的內部結構組成主要有以下幾部分：正、負電極板，電解液，電極隔板，電池槽，外殼和蓋子，限壓閥，端子。

其中正、負極電極板由活性電極物質、導電物質及其少量有機物質添加劑組成;電解液主要以一定濃度的酸性溶液（硫酸）為主，作為蓄電池發生充放電反應的反應物之一;電極隔板既要保證正、負電極間的活性材料相接觸，防止短路發生，又要保證溶液中的離子導電性好;電池槽的主要作用為電極板和電解液的容器;外殼和蓋子作為電池的保護裝置，要求具有優異的機械強度來確保電池的內外壓力共同作用;限壓閥，由于電池內部發生氧化還原反應，副產物氫氣和氧氣促使電池內部壓力升高，通過限壓閥調節壓力。

3 鉛酸蓄電池的工作原理

鉛酸蓄電池的電化學反應原理為充電時將電能轉化為化學能，儲存在電池內部，放電時將化學能轉化為電能釋放出來，鉛酸蓄電池的充電和放電過程是通過電化學反應完成的，化學反應方程式如下：

電池總反應為：

PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（1）

放電時，正極反應為：

PbO2+4H++SO2-4+2e-=PbSO4+2H2O（2）

負極反應為：Pb+SO2-4-2e-=PbSO4（3）

充電時，陽極反應為：

PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO2-4（4）

陰極反應為：

PbSO4+2e-=Pb+SO2-4（5）

該電池的總反應為可逆的氧化還原反應，放電時，二氧化鉛發生還原反應生成硫酸鉛，單質鉛發生氧化反應生成硫酸鉛，實現化學能轉化為電能。充電，硫酸鉛發生還原反應生成單質鉛，陽極的硫酸鉛發生氧化反應生成二氧化鉛，實現電能轉化為化學能。

4 鉛酸蓄電池的火災危險性原因分析

通過鉛酸蓄電池的工作原理可以看出，該化學反應為可逆反應，在充電過程中硫酸鉛和水反應，該過程為放熱過程;在放電過程中硫酸與二氧化鉛、鉛發生反應，該過程為吸熱過程，根據能量守恒定律，放出的熱量等于吸收的熱量，但是只有在極小的電流下才能觀察到熱量守恒，通常情況下均為放熱反應，因此，電池在充放電過程中鉛酸蓄電池內部會有電流通過，同時電池內阻也會引起電池溫度升高，使電池表面溫度在充放電過程中均會升高，存在火災危險性。

鉛酸蓄電池電解液通常為稀硫酸，含有大量的水分子，又由于水的分解電壓較低為1.23V，因此，在鉛酸蓄電池充電過程中，達到70%時，會伴隨析氧反應的發生，產生氧氣，反應方程式如下：2H2O=2H++O2+2e-。在充電達到90%時，會伴隨析氫反應的發生，反應方程式如下：2H++2e-=H2。

有一定量的氫氣產生，如果電池充電器不匹配或者充電方式不正確，這會導致鉛酸蓄電池充電時電解水較多，氫氣析出量較大。由于氫氣的爆炸極限范圍較大，氫氣與空氣的混合爆炸下限為4%，上限為80%，氫氣的化學性質及其活潑，其點火能量較小，極微小的明火，例如腈綸等毛織品的摩擦產生的靜電火花，均會引起氫氣燃燒或爆炸。因此，鉛酸蓄電池在充電過程中，如因操作不慎，易產生大量氫氣，如若所處充電空間較小，氫氣無法擴散，極易引發火災事故。

5 鉛酸蓄電池的消防安全管理措施

①由于鉛酸蓄電池充電過程中釋放氫氣，因此，在充電過程中要將鉛酸蓄電池至于開放、寬敞的空間內，同時充電廠房建筑上方不得有易燃燒物品，如若外部空間狹小，要安裝通風設備，并符合防火防爆要求;②鉛酸蓄電池在使用過程中禁止發生劇烈碰撞，以及充電線路采用符合規定的銅制電線，防止接線夾等連接處接觸不良引起的電線過熱;③鉛酸蓄電池充電處進行動火作業時，必須事先向相關責任部門進行情況說明，辦理動火作業審批手續，動火作業前停止充電，并經過通風兩個小時后，方能進行動火作業;④鉛酸蓄電池在使用或者存儲的過程中，需要適宜的環境和溫度，放置位置要具備通風、干燥的條件，禁止陽光照射且遠離熱源，環境溫度控制在15-20℃之間;⑤保持鉛酸蓄電池清潔，由于蓄電池的電解液為硫酸，長期使用會產生泄漏，硫酸與某些有機物質先接觸時，會發生放熱反應，可能引起燃燒，因此，要定期查看蓄電池，保持電池清潔，在擦拭時必須使用濕布，禁止使用油類或易燃有機溶劑擦洗，并且也不可使用浸有以上液體的擦布，為了防止靜電產生不要使用起毛的刷子或干布擦拭，同時鉛酸蓄電池附近要保持清潔，禁止存放可燃物;⑥管理人員要定期對鉛酸蓄電池進行巡視、檢查，查看電池是否存在接線短路和電解液是否腐蝕外觀等現象，日常使用、充電、存儲時，要設置責任人進行定時、定制管理。

綜上所述，本文重點分析了鉛酸蓄電池的火災危險性集管理措施，從電化學的反應機理上進行了詳細的分析與調研，并針對所發現的起火原因和火災隱患，采取必要的管理措施，進而降低鉛酸蓄電池發生火災的概率，提高電池使用的安全性和可靠性，減少鉛酸蓄電池發生火災的次數，保證使用者的人身安全和財產損失，達到了從源頭消除火災隱患，實現本質安全。為長客股份公司的生產經營活動保駕護航、獻計獻策。