ایمنی باتری‌های لیتیوم-یونی
بر اساس فکت‌شیت شماره 4480 سازمان ایمنی و سلامت شغلی ایالات متحده (OSHA) – ژانویه ۲۰۲۵
مقدمه
باتری‌های لیتیوم‌یونی یکی از مهم‌ترین فناوری‌های قابل شارژ در جهان امروز محسوب می‌شوند که در دستگاه‌های روزمره نظیر تلفن همراه، لپ‌تاپ، دوربین، ابزارهای برقی، خودروهای الکتریکی و سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. با رشد سریع تولید و کاربرد این باتری‌ها در صنایع، شناخت مخاطرات ایمنی و بهداشتی مرتبط با آن‌ها برای حفاظت از نیروی کار و محیط‌های صنعتی ضروری است.
ترکیب و عملکرد باتری‌های لیتیوم‌یونی
هر باتری لیتیوم‌یونی از یک یا چند سلول لیتیومی تشکیل شده است که شامل الکترود مثبت، الکترود منفی، جداکننده و محلول الکترولیت می‌باشد.
در این فرایند، یون‌های لیتیوم درون محلول الکترولیتی میان الکترودها جابه‌جا می‌شوند و انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.
انواع سلول‌های رایج عبارت‌اند از:
- سلول‌های استوانه‌ای
- سلول‌های پوششی منشوری (پوش‌سل)
- سلول‌های فلزی منشوری
باتری‌های لیتیوم‌یونی معمولاً قابل شارژ هستند و انرژی را از طریق یون‌های لیتیوم به صورت یونی (نه فلزی) ذخیره می‌کنند.
خطرات شیمیایی
در تولید و استفاده از این باتری‌ها، مواد مختلفی وجود دارد که دارای خواص قابل اشتعال، سمی، خورنده یا واکنش‌پذیر هستند.
ترکیبات درون باتری شامل:
- کاتد: اکسیدهای فلزی لیتیوم نظیرLiCoO₂، LiMn₂O₄، LiNiMnCoO₂، LiNiCoAlO₂ و LiFePO₄
- آند: مواد کربنی مانند گرافیت، گرافن، نانولوله‌های کربنی و نیز ترکیبات تیتانیومی مانند Li₄Ti₅O₁₂ و TiO₂
- الکترولیت: ترکیبی از حلال‌ها (EC، PC، DMC، EMC، DEC) و نمک‌های الکترولیتی مانند لیتیوم هگزافلوئورو فسفات (LiPF₆). این نمک در تماس با آب می‌تواند هیدروژن فلوراید (HF) سمی تولید کند.
با توجه به نوظهور بودن برخی از این مواد، اطلاعات سمیت‌شناسی آن‌ها محدود است و در مواردی حد مجاز مواجهه (PEL) از سوی OSHA هنوز تعیین نشده یا ناکافی است.
بنابراین توصیه می‌شود کارفرمایان از منابع جایگزین و استانداردهای دیگر (OELs، NIOSH، ACGIH) برای تعیین حدود مجاز استفاده کنند.
خطرات ایمنی و حرارتی (Thermal Runaway)
یکی از مهم‌ترین خطرات در باتری‌های لیتیوم‌یونی، واکنش زنجیره‌ای گرمایی یا “فرار حرارتی” است.
در این پدیده، آزاد شدن ناگهانی حرارت از یک سلول معیوب، سلول‌های مجاور را نیز تخریب می‌کند و ممکن است منجر به آتش‌سوزی یا انفجار شود.
علل آغازگر فرار حرارتی عبارت‌اند از:
- اتصال کوتاه داخلی در اثر نقص تولید
- ضربه یا آسیب مکانیکی
- قرار گرفتن در معرض گرمای یا سرمای زیاد
- شارژ نامناسب
نشانه‌های وقوع فرار حرارتی شامل افزایش دما، خروج گاز، دود یا آتش از باتری است.
احتراق ناشی از این پدیده می‌تواند ترکیبات خطرناکی از جمله HF، HCl، HCN، POF₃، CO و CO₂ منتشر کند.
ایمنی در طراحی و تولید
در کارخانه‌های تولید یا محل‌های استفاده، ایمنی در طراحی (Safety by Design) باید از مرحله آغازین لحاظ شود. جایگزینی فناوری‌های کم‌خطرتر و کاهش مواجهه با مواد پرریسک از اصول اساسی طراحی ایمن است.
سازمان NIOSH نیز در طرح «پیشگیری از طریق طراحی» این رویکرد را توصیه می‌کند.
سیستم مدیریت ایمنی و سلامت شغلی (SHMS)
ایجاد و اجرای یک برنامه جامع ایمنی و سلامت شغلی مؤثرترین روش برای کاهش خطرات مرتبط با باتری‌های لیتیوم‌یونی است.
مشارکت واقعی کارگران، تشکیل کمیته‌های ایمنی و نظارت مستمر از عناصر کلیدی چنین نظامی به‌شمار می‌رود.
برای راهنمایی‌های عملی می‌توان به منابع OSHA با عنوان Recommended Practices for Safety and Health Programs مراجعه کرد.
کنترل خطرات
OSHA توصیه می‌کند کنترل‌ها مطابق با سلسله‌مراتب کنترل خطرات (Hierarchy of Controls) اجرا شوند، که مؤثرترین سطح آن حذف خطر در مبدأ است.
برخی اقدامات اجرایی مهم:
- تهویه مناسب و استفاده از سیستم اگزوز موضعی (LEV)
- جداسازی مواد خطرناک و خودکارسازی فرآیندها
- نگهداری باتری‌ها در محل خشک و خنک
- رعایت مقررات NFPA 855 برای نصب سامانه‌های ذخیره انرژی
- اطمینان از آموزش کارکنان در استفاده، شارژ و نگهداری
- محدود کردن مقدار ذخیره باتری‌ها
- رعایت دستورالعمل‌های تولیدکننده برای اطفاء آتش باتری
- پایش محیط برای گازهای قابل اشتعال و سمی
- رعایت الزامات حمل و نقل طبق 49 CFR 173.185 و دستورالعمل‌های IATA
- دفع باتری‌ها در مراکز بازیافت مجاز؛ عدم اختلاط انواع مختلف باتری
- نصب دوش اضطراری و شست‌وشوی چشم در مناطق در معرض تماس با الکترولیت
- تدوین طرح واکنش اضطراری شامل آموزش مقابله با محصولات تجزیه‌ی خطرناک
- انجام ارزیابی خطر و استفاده از تجهیزات حفاظت فردی (PPE) مطابق استانداردهای OSHA
آموزش و آمادگی اضطراری
آموزش کارکنان باید به زبان و سطح سواد قابل فهم انجام شود.
آموزش‌های ضروری شامل:
- ارتباطات خطر (HazCom – 29 CFR 1910.1200)
- عملیات و پاسخ به مواد خطرناک (HAZWOPER – 29 CFR 1910.120)
- مدیریت ایمنی فرایندهای شیمیایی (PSM – 29 CFR 1910.119)
طرح اقدام اضطراری (EAP) باید دستورالعمل ویژه‌ی مقابله با حوادث لیتیومی را بر اساس توصیه‌های تولیدکننده و استاندارد NFPA دربرگیرد.
استانداردها و مقررات OSHA
اگرچه استاندارد اختصاصی برای باتری‌های لیتیوم‌یونی وجود ندارد، اما مقررات عمومی متعددی از OSHA در حوزه ایمنی و سلامت صنعتی قابل اعمال است، از جمله:
- بخش 1910 Subpart L (حفاظت در برابر آتش)
- بخش 1910 Subpart S (الکتریکی)
- مقررات 1910.39 (برنامه پیشگیری از آتش)
- 1910.119، 1910.120، 1910.132، 1910.134، 1910.147، 1910.151، 1910.178، 1910.1000، 1910.1020، 1910.1200
استانداردهای هم‌سطح و صنعتی
علاوه بر الزامات OSHA، مجموعه‌ای از استانداردهای ایمنی و مدیریت بین‌المللی در این زمینه تدوین شده است:
- NFPA 855 – نصب سامانه‌های ذخیره انرژی
- IEC 62281 – ایمنی سلول‌ها و باتری‌های لیتیومی در حمل‌ونقل
- UL 2054 – ایمنی باتری‌های خانگی و تجاری
- UL 9540 – سامانه‌ها و تجهیزات ذخیره انرژی
- ANSI/ASSP Z10.0 و ISO 45001 – مدیریت ایمنی و سلامت شغلی
جمع‌بندی
سازمان OSHA تأکید می‌کند با وجود نبود استاندارد اختصاصی، رعایت اصول طراحی ایمن، ارزیابی خطر، آموزش مستمر، تهویه مناسب و مدیریت ایمنی مؤثر، می‌تواند از بروز حوادث مرتبط با باتری‌های لیتیوم‌یونی مانند آتش‌سوزی، تماس شیمیایی یا انفجار جلوگیری کند.
این فکت‌شیت جنبه اطلاع‌رسانی دارد و الزامات جدیدی را تحمیل نمی‌کند. برای اطلاعات بیشتر و مشاوره با OSHA می‌توان با شماره 1‑800‑321‑OSHA تماس گرفت یا به وب‌سایت رسمی سازمان به نشانی www.osha.gov مراجعه کرد.
ترجمه از :شرکت مهندسی دیباگستران صنعت
