铅酸蓄电池的火灾危险性及管理措施的探索

李昊远

摘 要：随着我国节能减排的迫切性日益加剧，企业生产中越来越多的以铅酸蓄电池作为各类生产工具的储能装置，由于铅酸蓄电池内部反应复杂，极易引发火灾事故。因此，对铅酸蓄电池的火灾危险性的探索与管理正成为企业面临的难点。本文从铅酸蓄电池的充放电反应机理进行分析，深度探索了铅酸蓄电池的火灾危险性及管理措施，实现本质安全，为企业的快速发展保驾护航。

关键词：铅酸蓄电池;析氢反应;火灾危险性

随着石油资源日趋枯竭，能源危机日益加剧，大气污染越来越严重，所有企业已经普遍认识到节能和减排是未来企业发展的必要条件。同时，轨道交通装备制造业发展迅速，正在成为人们日常生活、工作出行的主要选择，因此轨道交通装备制造企业在选择各类电气设施、生产工具、运输工具等，正在逐渐的由耗油型转变为耗电型，因此各种形式的电动车、充电电池正在广泛的被利用起来，其中铅酸蓄电池以它使用寿命长、放电量大、价格低廉被广泛应用在储能装置领域。但是，由于它所带来的消防安全方面的问题也引发了人们深刻的思考。

近年来，由铅酸蓄电池引发的火灾事故一直是火灾防控的重点和难点，部分事故造成了惨重的人员伤亡，教训十分深刻，较为典型的事故案例有：①2017年12月13日，北京朝阳区十八里店乡白墙子村一村民自建房火灾，造成5人死亡、9人受伤;②2017年9月25日，浙江省台州市玉环市玉城街道一出租屋火灾，造成11人死亡、2人受伤。上述火灾事故的直接原因都是电动自行车在停放充电过程中引发。据有关报道，2013年至2017年全国共接报因使用铅酸蓄电池的电动车引发的火灾1万余起，较前5年增长33.3%，目前电动车在消防安全方面主要存在：产品质量不过关，违规改造改装，停放充电不规范，使用人群安全意识不够，监管合力有待加强，防火安全性能低等6个方面的问题。现今由电动车充电电池引发的火灾事故频发，越来越受到人们的关注，因此，对铅酸蓄电池火灾危险性的分析及研究也变得越来越必要。

1 铅酸蓄电池在轨道交通制造业生产中的应用

铅酸蓄电池在轨道交通装备制造业中被广泛应用，主要为信息化机房储能装置。随着计算机技术的不断发展，与之配套产生的机房也迅速发展，各企业均开始建设大规模信息化机房，普遍采用铅酸蓄电池作为储能装置，以此保证直流系统安全稳定;物流叉车、电动车的储能装置。现今制造业在生产过程中大量运用叉车和电动车作为主要的运输方式，因此，铅酸蓄电池因成本低、原材料来源广泛、电池寿命长等优点，被广泛应用于叉车、电动车的储能装置。

2 铅酸蓄电池的装置构成

铅酸蓄电池的内部结构组成主要有以下几部分：正、负电极板，电解液，电极隔板，电池槽，外壳和盖子，限压阀，端子。

其中正、负极电极板由活性电极物质、导电物质及其少量有机物质添加剂组成;电解液主要以一定浓度的酸性溶液（硫酸）为主，作为蓄电池发生充放电反应的反应物之一;电极隔板既要保证正、负电极间的活性材料相接触，防止短路发生，又要保证溶液中的离子导电性好;电池槽的主要作用为电极板和电解液的容器;外壳和盖子作为电池的保护装置，要求具有优异的机械强度来确保电池的内外压力共同作用;限压阀，由于电池内部发生氧化还原反应，副产物氢气和氧气促使电池内部压力升高，通过限压阀调节压力。

3 铅酸蓄电池的工作原理

铅酸蓄电池的电化学反应原理为充电时将电能转化为化学能，储存在电池内部，放电时将化学能转化为电能释放出来，铅酸蓄电池的充电和放电过程是通过电化学反应完成的，化学反应方程式如下：

电池总反应为：

PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（1）

放电时，正极反应为：

PbO2+4H++SO2-4+2e-=PbSO4+2H2O（2）

负极反应为：Pb+SO2-4-2e-=PbSO4（3）

充电时，阳极反应为：

PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO2-4（4）

阴极反应为：

PbSO4+2e-=Pb+SO2-4（5）

该电池的总反应为可逆的氧化还原反应，放电时，二氧化铅发生还原反应生成硫酸铅，单质铅发生氧化反应生成硫酸铅，实现化学能转化为电能。充电，硫酸铅发生还原反应生成单质铅，阳极的硫酸铅发生氧化反应生成二氧化铅，实现电能转化为化学能。

4 铅酸蓄电池的火灾危险性原因分析

通过铅酸蓄电池的工作原理可以看出，该化学反应为可逆反应，在充电过程中硫酸铅和水反应，该过程为放热过程;在放电过程中硫酸与二氧化铅、铅发生反应，该过程为吸热过程，根据能量守恒定律，放出的热量等于吸收的热量，但是只有在極小的电流下才能观察到热量守恒，通常情况下均为放热反应，因此，电池在充放电过程中铅酸蓄电池内部会有电流通过，同时电池内阻也会引起电池温度升高，使电池表面温度在充放电过程中均会升高，存在火灾危险性。

铅酸蓄电池电解液通常为稀硫酸，含有大量的水分子，又由于水的分解电压较低为1.23V，因此，在铅酸蓄电池充电过程中，达到70%时，会伴随析氧反应的发生，产生氧气，反应方程式如下：2H2O=2H++O2+2e-。在充电达到90%时，会伴随析氢反应的发生，反应方程式如下：2H++2e-=H2。

有一定量的氢气产生，如果电池充电器不匹配或者充电方式不正确，这会导致铅酸蓄电池充电时电解水较多，氢气析出量较大。由于氢气的爆炸极限范围较大，氢气与空气的混合爆炸下限为4%，上限为80%，氢气的化学性质及其活泼，其点火能量较小，极微小的明火，例如腈纶等毛织品的摩擦产生的静电火花，均会引起氢气燃烧或爆炸。因此，铅酸蓄电池在充电过程中，如因操作不慎，易产生大量氢气，如若所处充电空间较小，氢气无法扩散，极易引发火灾事故。

5 铅酸蓄电池的消防安全管理措施

①由于铅酸蓄电池充电过程中释放氢气，因此，在充电过程中要将铅酸蓄电池至于开放、宽敞的空间内，同时充电厂房建筑上方不得有易燃烧物品，如若外部空间狭小，要安装通风设备，并符合防火防爆要求;②铅酸蓄电池在使用过程中禁止发生剧烈碰撞，以及充电线路采用符合规定的铜制电线，防止接线夹等连接处接触不良引起的电线过热;③铅酸蓄电池充电处进行动火作业时，必须事先向相关责任部门进行情况说明，办理动火作业审批手续，动火作业前停止充电，并经过通风两个小时后，方能进行动火作业;④铅酸蓄电池在使用或者存储的过程中，需要适宜的环境和温度，放置位置要具备通风、干燥的条件，禁止阳光照射且远离热源，环境温度控制在15-20℃之间;⑤保持铅酸蓄电池清洁，由于蓄电池的电解液为硫酸，长期使用会产生泄漏，硫酸与某些有机物质先接触时，会发生放热反应，可能引起燃烧，因此，要定期查看蓄电池，保持电池清洁，在擦拭时必须使用湿布，禁止使用油类或易燃有机溶剂擦洗，并且也不可使用浸有以上液体的擦布，为了防止静电产生不要使用起毛的刷子或干布擦拭，同时铅酸蓄电池附近要保持清洁，禁止存放可燃物;⑥管理人员要定期对铅酸蓄电池进行巡视、检查，查看电池是否存在接线短路和电解液是否腐蚀外观等现象，日常使用、充电、存储时，要设置责任人进行定时、定制管理。

综上所述，本文重点分析了铅酸蓄电池的火灾危险性集管理措施，从电化学的反应机理上进行了详细的分析与调研，并针对所发现的起火原因和火灾隐患，采取必要的管理措施，进而降低铅酸蓄电池发生火灾的概率，提高电池使用的安全性和可靠性，减少铅酸蓄电池发生火灾的次数，保证使用者的人身安全和财产损失，达到了从源头消除火灾隐患，实现本质安全。为长客股份公司的生产经营活动保驾护航、献计献策。