Перевозка литиевых батарей по морю, воздуху и земле

UN 3481

Сегодня широко используемые в электромобилях, электровелосипедах, электроинструментах, мобильных телефонах и огромном ассортименте бытовой электроники, литиевые батареи предлагают отличное сочетание производительности, легкости и эффективности и цены.

Многие думают, что перевозка литиевых батарей безопасна, но к сожалению они ошибаются. Нельзя просто положить их в коробку и отправить, поскольку существует ряд международных законов и постановлений, обеспечивающих безопасность тех, кто их перевозит.

В то время как доставка новых аккумуляторов в составе продуктов относительно безопасна (хотя и регулируется строгими правилами), возврат поврежденных или использованных аккумуляторов для ремонта, переработки или утилизации представляет серьезный риск.

При продолжающемся росте рынка продуктов, использующих литиевые батареи в качестве источников питания возрастает и риск связанный с их перевозкой (ожидается, что продажи электромобилей будут расти в течение следующего десятилетия и далее),  этот повышенный риск вынудил регулирующие органы действовать и они разработали ряд правил регламентирующих перевозку и упаковку аккумуляторных батарей.

Для того что бы понять, как перевозить и во что упаковывать литий-ионные батарей при транспортировке нужно обратиться к правилам ООН (в частности, UN3480, UN 3481 и UN3090, UN3091), а также правилами, установленными различными транспортными органами (включая IATA - Международную ассоциацию воздушного транспорта).

Для перевозки аккумуляторных батарей Вам потребуется такие документы как SDS (MSDS), Test Summary Report, Battery Transpotrion Information.

Но для начала для того, чтобы у нас было понимание, о чем идет речь давайте выясним что же такое эти литиевые батареи почему их везде используют и откуда они появились?

Если Вам все это не интересно то можете перейти к информации касающейся правил ООН.

Показать информацию что такое батарея Свернуть информацию что такое батарея

Батарея

Батарея - это два или более соединённых параллельно или последовательно электрических элементов. Соединяют элекртические элементы для того чтобы получить большее напряжение, снимаемое с батареи (при последовательном соединении), или большую силу тока или ёмкость (при параллельном соединении). Обычно под этим термином подразумевается соединение электрохимических источников электрического тока гальванических элементов и электрических аккумуляторов.

Прародителем батареи считают вольтов столб, изобретённый Алессандро Вольта в 1800 году, состоящий из последовательно соединённых медно-цинковых гальванических элементов.

Обычно батарейкой обычно не совсем корректно называют одиночные гальванические элементы (например, типа АА или ААА), которые обычно в батарейных отсеках оборудования соединяются в батарею для получения необходимого напряжения.

Далее давайте разберем понятие электрического аккумулятора.

 

Узнать что такое электрический аккумулятор Свернуть информацию о электрическом аккумуляторе

Электрический аккумулятор

Электрический аккумулятор это химический источник тока, источник ЭДС многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования, а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве, транспорте и в других сферах.

Самый первый аккумулятор, был создан в 1803 году Иоганном Вильгельмом Риттером. Его аккумуляторная батарея представляла собой столб из пятидесяти медных кружочков, между которыми было проложено влажное сукно. После пропускания через данное устройство тока от вольтова столба оно само начинало вести себя как источник электричества.

Принцип действия аккумулятора основан на обратимости химической реакции. Работоспособность аккумулятора может быть восстановлена путём заряда, то есть пропусканием электрического тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Несколько аккумуляторов, объединённых в одну электрическую цепь, составляют аккумуляторную батарею. По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток падают, аккумулятор перестаёт действовать. Зарядить аккумулятор (батарею аккумуляторов) можно от любого источника постоянного тока с большим напряжением при ограничении тока.

Так как данная статья рассматриваем литиевые батареи то далее будем писать о элементах содержащий литий.

 

Узнать что такое литиевый элемент Свернуть информацию о литиевом элементе

Литиевый элемент

Литиевый элемент это одиночный не перезаряжаемый гальванический элемент, в котором в качестве анода используется литий или его соединения. Катод и электролит литиевого элемента может иметь много видов, поэтому термин «литиевый элемент» объединяет группу элементов с одинаковым материалом анода.

Отличается от других элементов питания высокой продолжительностью работы и высокой стоимостью. В зависимости от выбранного типоразмера и используемых химических материалов, литиевый элемент питания может производить напряжение 1,5 В (совместим с щелочными элементами) или 3,0 В. Литиевые элементы питания широко распространены в современной портативной электронной технике.

Литий-металлические элементы, это  гальванические элементы в которых в качестве анода используется металлический литий или соединения лития. В состав металлического лития входят также батареи из литиевого сплава. В отличие от других литийсодержащих батарей, которые имеют выходное напряжение более 3 В, у литий- металлических оно в два раза меньше. Кроме того, их нельзя перезаряжать. В  этих батарей литиевый анод отделен от железодисульфидного катода прослойкой электролита,  этот бутерброд упаковывается в герметичный корпус с микро клапанами для вентиляции.

Данная технология представляет собой компромисс, на который разработчики пошли, чтобы обеспечить совместимость литиевых источников питания с техникой, разработанной для использования щелочных батареек, и был задуман как конкурент щелочным батарейкам. По сравнению с ними литий-металлические весят на треть меньше, имеют большую емкость, а, кроме того, еще и хранятся дольше. Даже после десяти лет хранения они сохраняют почти весь свой заряд.

Литий-металлические элементы нашли применение в устройствах, предъявляющих высокие требования к элементам питания на протяжении длительного срока службы, таким как электрокардиостимулятор и другие имплантируемые медицинские устройства. Такие устройства могут работать автономно до 15 лет.

Далее подробно поговорим, а электрических аккумуляторах и рассмотрим только литий-ионные аккумуляторы.

 

Узнать что такое литий-ионный аккумулятор Свернуть информацию о литий-ионным аккумулятое

Литий-ионный аккумулятор

Литий-ионный аккумулятор представляют собой перезаряжаемый элемент питания батарею, в котором литий присутствует только в ионной форме в электролите. В эту категорию также входят литий-полимерные элементы.

Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пористым сепаратором, пропитанным электролитом. Пакет электродов помещён в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъёмникам. Корпус иногда оснащают предохранительным клапаном, сбрасывающим внутреннее давление при аварийных ситуациях или нарушениях условий эксплуатации.

Впервые принципиальная возможность создания литиевых аккумуляторов на основе способности дисульфид титана или дисульфид молибдена включать в себя ионы лития при разряде аккумулятора и экстрагировать их при зарядке была показана в 1970 году Майклом Стэнли Уиттингемом. Существенным недостатком таких аккумуляторов являлось низкое напряжение - 2,3 В и высокая пожароопасность вследствие образования дендритов металлического лития, замыкающих электроды. Позднее Дж. Гуденафом были синтезированы другие материалы для катода литиевого аккумулятора - кобальтит лития LixCoO2(1980 год), феррофосфат лития LiFePO4 (1996 год). Преимуществом таких аккумуляторов является более высокое напряжение - около 4 В. Современный вариант литий-ионного аккумулятора с анодом из графита и катодом из кобальтита лития изобрёл в 1991 году Акира Ёсино. Первый литий-ионный аккумулятор по его патенту в 1991 году выпустила корпорация Sony.

Литий-ионный аккумулятор очень широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит своё применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, видеокамеры и электромобили.

Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решётку других материалов (например, в графит, оксиды и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC6, оксиды (LiMnO2) и соли (LiMnRON) металлов. Литий-ионные аккумуляторы почти всегда применяются в комплекте с системой контроля и управления - СКУ или BMS (Battery Management System), - и специальным устройством заряда/разряда.

 

Узнать конструкцию Литий-ионных аккумуляторов Свернуть информацию о конструкции Литий-ионных аккумуляторов

Конструкция Литий-ионных аккумуляторов

Конструктивно Li-ion аккумуляторы, производятся в цилиндрическом и призматическом вариантах. В цилиндрических аккумуляторах свернутый в виде рулона пакет электродов и сепаратора помешен в стальной или алюминиевый корпус, с которым соединен отрицательный электрод. Положительный полюс аккумулятора выведен через изолятор на крышку. Разноименные электроды в литиевых и литий-ионных аккумуляторах разделяются сепаратором из пористого полипропилена.

Призматические аккумуляторы производятся складыванием прямоугольных пластин друг на друга. Призматические аккумуляторы обеспечивают более плотную упаковку в аккумуляторной батарее, но в них труднее, чем в цилиндрических, поддерживать сжимающие усилия на электроды. В некоторых призматических аккумуляторах применяется рулонная сборка пакета электродов, который скручивается в эллиптическую спираль. Это позволяет объединить достоинства двух описанных выше модификаций конструкции.

Некоторые конструктивные меры обычно предпринимаются и для предупреждения быстрого разогрева и обеспечения безопасности работы Li-ion аккумуляторов. Под крышкой аккумулятора имеется устройство, реагирующее на положительный температурный коэффициент увеличением сопротивления, и другое, которое разрывает электрическую связь между катодом и положительной клеммой при повышении давления газов внутри аккумулятора выше допустимого предела. Для повышения безопасности эксплуатации Li-ion аккумуляторов в составе батареи обязательно применяется также и внешняя электронная защита, цель которой не допустить возможность перезаряда и пере разряда каждого аккумулятора, короткого замыкания и чрезмерного разогрева.

Большинство Li-ion аккумуляторов изготавливают в призматических вариантах, поскольку основное назначение Li-ion аккумуляторов - обеспечение работы сотовых телефонов и ноутбуков. Как правило, конструкции призматических аккумуляторов не унифицированы и большинство фирм-производителей сотовых телефонов, ноутбуков и т.д.. не допускают применение в устройствах аккумуляторов посторонних фирм. 

Конструкция Li-ion и других литиевых аккумуляторов, как и конструкция всех первичных источников тока ("батареек") с литиевым анодом, отличается абсолютной герметичностью. Требование абсолютной герметичности определяется как недопустимостью вытекания жидкого электролита (отрицательно действующего на аппаратуру), так и недопустимостью попадания в аккумулятор кислорода и паров воды из окружающей среды. Кислород и пары воды реагируют с материалами электродов и электролита и полностью выводят аккумулятор из строя.

Технологические операции производства электродов и других деталей, а также сборку аккумуляторов проводят в особых сухих комнатах или в герметичных боксах в атмосфере чистого аргона. При сборке аккумуляторов применяют сложные современные технологии сварки, сложные конструкции гермовыводов и т.д. Закладка активных масс электродов является компромиссом между желанием достичь максимума разрядной емкости аккумулятора и требованием гарантировать безопасность его работы, которая обеспечивается при соотношении С-/С+ => 1,1 для предупреждения образования металлического лития (и тем самым возможности возгорания). 

Взрывоопасность

Литий-ионные аккумуляторы первого поколения были подвержены взрывному эффекту. Это объяснялось тем, что  в процессе многократных циклов зарядки/разрядки возникали пространственные образования известные как (дендриты) - сложно кристаллические образования древовидной ветвящейся структуры, приводящие к замыканию электродов и, как следствие, возгоранию или взрыву. Данный недостаток удалось устранить заменой материала анода на графит. Подобные процессы происходили и на катодах литий-ионных аккумуляторов на основе оксида кобальта при нарушении условий эксплуатации (перезарядке).

Современные литиевые аккумуляторы лишились этих недостатков. Однако все же литиевые аккумуляторы время от времени проявляют склонность к взрывному самовозгоранию. Интенсивность горения даже от миниатюрных аккумуляторов такова, что может приводить к тяжким последствиям. Авиакомпании и международные организации принимают меры к ограничению перевозок литиевых аккумуляторов и устройств с ними на авиатранспорте.

Самовозгорание литиевого аккумулятора очень плохо поддаётся тушению традиционными средствами. В процессе термического разгона неисправного или повреждённого аккумулятора происходит не только выделение запасённой электрической энергии, но и ряд химических реакций, выделяющих вещества для поддержания горения, горючие газы от электролита, а также в случае не LiFePO4 электродов, выделяется кислород. Вспыхнувший аккумулятор способен гореть без доступа воздуха и для его тушения непригодны средства изоляции от атмосферного кислорода.

Более того, металлический литий активно реагирует с водой с образованием горючего газа водорода, потому тушение литиевых аккумуляторов водой эффективно только для тех видов аккумуляторов, где масса литиевого электрода невелика. В целом тушение загоревшегося литиевого аккумулятора неэффективно. Целью тушения может быть лишь снижение температуры аккумулятора и предотвращение распространения пламени.

Произошедшие авиакатастрофы  такие как  747 авиакомпании Asiana Airlines возле Южной Кореи в июле 2011 года, UPS 747 в Дубае, ОАЭ в сентябре 2010 года и UPS DC-8 в Филадельфии, штат Пенсильвания, в Февраль 2006 г. были связаны с возгоранием литиевых батарей во время полетов. Обычно эти возгорания связаны с коротким замыканием батарей.  Незащищенные клетки могут вызвать короткое замыкание при прикосновении с последующим распространением, вызывающим цепную реакцию, которая может высвободить огромное количество энергии.

Литиевые батареи также могут быть подвержены «тепловому разгону». Это означает, что, если внутренняя схема нарушена, может произойти повышение внутренней температуры. При определенной температуре элементы батареи начинают выделять горячие газы, в свою очередь повышая температуру в соседних элементах. В конечном итоге это приведет к воспламенению.

Таким образом, большое количество батарей создает значительную угрозу безопасности, которая особенно остро стоит при транспортировке воздушным транспортом. Относительно небольшой инцидент может привести к огромному неконтролируемому пожару.

Правила ООН UN3480, UN 3481, UN3090, UN3091

Класс опасности -9

Из за того что литиевые батареи потенциально чрезвычайно опасны, то они технически классифицируются  как материалы 9 класса опасности - «прочие опасные грузы» и должны обрабатываться, храниться и транспортироваться соответствующим образом (как указано в UN3480 и дополнительных правилах).

Из-за широкого использования и повышенного риска правила перевозки литиевых батарей были пересмотрены. Опасность, которую представляет транспортировка литиевых батарей, заключается в возможности их короткого замыкания, и, как следствие, большая часть  законодательства сосредоточена на правилах упаковки и отгрузки, направленных на снижение потенциально катастрофических последствий этого.

Обзор этих правил выглядит следующим образом:

  • Методы упаковки и доставки, исключающие возможность контакта батарей друг с другом.
  • Методы упаковки и транспортировки, исключающие контакт аккумулятора с токопроводящей или металлической поверхностью.
  • Обязательная проверка того, что все батареи надежно упакованы, чтобы исключить перемещение (внутри упаковки) во время транспортировки, которое потенциально может вызвать ослабление клеммных крышек или случайное включение.

Транспортировка литиевых батарей эффективно регулируется 4 законодательными актами ООН, хотя в них есть множество особенностей, которые могут повлиять на точный процесс, который вам необходимо предпринять для обеспечения безопасной доставки (или, по крайней мере, минимизировать риск, насколько это возможно).

  • UN 3090 - Литий-металлические батареи (отправляются сами по себе)
  • UN 3480 - Литий-ионные батареи (отправляются сами по себе)
  • UN 3091 - Литий-металлические батареи, содержащиеся в оборудовании или упакованные с оборудованием
  • UN 3481 - Литий-ионные батареи, содержащиеся в оборудовании или упакованные с оборудованием.

Существуют также различные требования к маркировке упаковки, которая будет использоваться для перевозки литиевых батарей. Эти требования различаются в основном в зависимости от следующих 4 факторов:

  • Содержатся ли батареи в поставляемом оборудовании (например, в часах, калькуляторе или ноутбуке)
  • Упаковываются вместе с оборудованием (например, в электроинструменте, упакованном вместе с запасным аккумулятором)
  • Отгружаются небольшими партиями (которые могут быть покрыты Ограниченными количествами - самый низкий из четырех уровней перевозки опасных грузов)
  • Отгружаются в очень малых количествах, которые вообще не подпадают под действие правил перевозки опасных грузов (например, две батареи, установленные в оборудовании).
Показать требования ADR / RID к перевозка литиевых батарей автомобильным и железнодорожным транспортом Свернуть требования ADR / RID (Перевозка автомобильным и железнодорожным транспортом)

Класс 9, группа упаковки II, туннельная категория E, ярлыки ADR / RID 9

Правильное отгрузочное наименование Литий-ионные батареи, UN 3480

ADR применяются специальные положения 188, 230, 310, 636 и Инструкции по упаковке P903, P903a и P903b.

Поврежденные и дефектные батареи: обратитесь в ваш национальный компетентный орган.

Если ваши литий-ионные аккумуляторы перевозятся на грузовике для перевозки по Европе, вы должны убедиться, что соблюдаете все требования, изложенные в руководстве ADR 2017.

Фактически это Европейское соглашение, которое регулирует транспортировку литиевых батарей автомобильным / наземным транспортом (и действительно любых опасных грузов).

Для перевозки литиевых батарей по железной дороге необходимо, чтобы вы соблюдали другой набор конкретных правил перевозки опасных грузов. Эти правила подробно описаны в Руководстве по перевозке опасных грузов по железной дороге (RID).

Эти правила в сочетании с руководящими принципами ADR, используемыми для дорожных перевозок, фактически требуют аналогичной упаковки, процессов и защиты.

Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт ЕЭК ООН.

 

Показать требования IMO по перевозке литиевых батарей морем Свернуть требования IMO (Перевозка по морю)

Класс группа упаковки II Ярлыки IMO 9

Правильное отгрузочное наименование Литий-ионные батареи, UN 3480

Code IMDG: Специальные положения 188, 230, 310 и инструкции по упаковке P903

EmS: F-A, S-I

Категория хранения A

Поврежденные и дефектные батареи: обратитесь в ваш национальный компетентный орган

Доставка литиевых батарей морем

Если вы отправляете литиевые батареи морским транспортом, вам необходимо соблюдать Международный кодекс перевозки опасных грузов на море (IMDG). Этот документ обновляется раз в два года, что означает, что поправка 38-16 издания 2018 г. является текущим набором правил.

Чтобы ознакомиться с правилами, изложенными в МКМПОГ, вы должны приобрести копию Кодекса в Международной морской организации либо сотрудничать экспедитором, который знаком с этими правилами.

 

Показать требования IATA-DGR к авиаперевоке литиевых батарей Свернуть требования IATA-DGR (Авиаперевозки)

Класс группу упаковки II Знаки ИКАО 9

Правильное отгрузочное наименование Литий-ионные батареи, ООН 3480

IATA: Особые положения A88, A99, A154, A164, инструкции по упаковке P965, P966, P967, P968, P969, P970

Поврежденные и неисправные батареи / отработанные батареи : Не допускается к воздушной перевозке.

Доставка литиевых батарей по воздуху

Доставка литиевых батарей по воздуху является наиболее сложной из всех форм транзита из-за повышенного риска (т. е. Авиационные происшествия, вызванные пожаром, могут быть фатальными). Поскольку ранее причиной авиакатастроф были признаны поврежденные батареи, транспортировка поврежденных или дефектных батарей строго запрещена.

При транспортировке литий-ионных батарей по воздуху необходимо соблюдать правила перевозки опасных грузов (DGR). Эти правила регулируются Международной ассоциацией воздушного транспорта (ИАТА) и Международной организацией гражданской авиации (ИКАО).

Для ознакомления с Руководящим документом IATA по литиевым батареям нажмите здесь, чтобы перейти на этот ресурс.

 

Важность правил UN3480 / UN3090

Компания или отдельное лицо занимающееся доставкой литиевых батарей, несет единоличную и полную ответственность в случае любого несчастного случая, вызванного несоблюдением правил.

Несоблюдение правил упаковки литиевых батарей, соответствующих требованиям UN3480, может иметь тяжелые последствия для вашего бизнеса. Это может привести к значительным штрафам, тюремному заключению для сотрудников вашей организации и репутационному ущербу в результате (потенциально фатального) несчастного случая.

Если вам требуется совет и помощь в отношении отправки товаров содержащих литиевые батареи, свяжитесь с нами и мы поможем их доставить быстро и безопасно.
Отправить запрос

 

В Госдуму поступил закон о страховых тарифах на обязательное социальное страхование от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний на 2021 год и на плановый период 2022 и 2023 годов.
00:15 01-10-2020 Поподробнее...
В Госдуму поступил правительственный законопроект, который изменяет правила расчета прожиточного минимума.
23:20 30-09-2020 Поподробнее...