日前，Leeward Renewable Energy公司工程師Drew Bandhauer就鋰離子電池化學成分的變革如何幫助儲能系統運營商管控消防安全風險以及行業標準如何隨著技術進步而持續發展進行了深入探討。

隨著電池儲能系統部署數量和規模快速增長，深入了解其運行機制是安全高效地發揮其全部潛能的關鍵。

理解電池儲能系統安全：管理熱失控

當電池單元或模塊受到機械或電化學應力時，就會發生熱失控，從而導致短路、產生大電流和溫度急劇升高。這種熱量可以迅速傳播，造成“失控”效應。熱失控的關鍵標志之一是排氣現象，即從電池單元中噴出高溫氣體（見圖1）。冒煙通常是熱失控問題首先出現的明顯跡象，而冒煙之后通常出現的起火則表明問題更為嚴重，如圖2所示。

圖1對圓柱形鋰離子電池進行排氣測試

確保鋰離子電池安全運行至關重要，主動措施是安全管理潛在故障的關鍵。如今，儲能系統制造商（OEM）提供的電池儲能系統都配備了先進的安全功能，可以防止過流和過壓等可能導致系統故障。

圖2 UL研究所進行的鋰離子電池濫用/點火測試，其中左側是電池冒煙，右側是電池燃燒

嚴格的質量控制流程與電池技術進步顯著降低了用戶對熱失控的擔憂。固體電解質界面（SEI）層在電池性能中發揮著至關重要的作用，它能防止電解質分解。結構良好的SEI層以及定期進行的維護與監測，可使電池壽命延長多達25%。此外，技術創新與嚴格的安全標準不斷提升電池儲能系統的可靠性。

這些進步包括能夠檢測早期跡象的潛在問題先進監測系統、用于緩解內部壓力積聚的主動與被動通風裝置、改善電池組件間隔熱性能以限制熱量與火勢蔓延的措施，以及諸如液冷等有助于管理系統熱量以防止熱失控的冷卻方法。

憑借這些保護措施與持續創新，如今的電池儲能解決方案更加安全、更具彈性，能夠自信地滿足日益增長的能源需求。

不同化學成分的電池的性能和穩定性比較

在2010年代，隨著美國部署的公用事業規模儲能系統不斷增長，鎳錳鈷（NMC）三元鋰電池成為主流。鎳鈷鋁（NCA）電池則占有較小的市場份額。NMC電池采用不同的成分組合：鈷含量較高可以提升性能與熱穩定性，而鎳含量較高則可以降低成本，但會影響性能與穩定性。

各種電池的熱失控行為

在NFPA 855和UL 9540A等電池安全標準制定之前，NMC電池得到了廣泛應用。隨著這些標準的采用，電池儲能行業迅速轉向磷酸鐵鋰電池（LFP）。與NMC或NCA電池相比，LFP電池在大規模火災測試（LSFT）中表現出更低的加熱速率，獲得了更有利的結果。

相比之下，NMC電池和NCA電池往往需要額外的安全措施，如增強型防火屏障或抑制系統，以降低熱失控事件風險。隨著安全標準的進步，LFP電池技術也不斷發展。其性能的改善與安全性的增強使其成為電池儲能系統應用的首選，為構建更安全可靠的能源基礎設施提供了有力支撐。

現行標準與新興技術

2018年到2023年，在采用更嚴格的儲能系統消防安全標準的推動下，電池儲能系統安全實踐取得了重大進展。

其中關鍵標準包括：

UL 9540：該標準規定了電池儲能系統的整體設計要求，確保電池儲能系統在電氣、機械、環境及系統安全等各個方面均符合標準。

UL 9540A：該標準通過誘發熱失控，在電池單元、模塊、機架/單元及大規模層面進行測試，確保熱失控不會蔓延至相鄰電池單元。

NFPA 855：指導電池儲能系統現場設計和安裝的主要消防標準。并得到關鍵的子標準支持，其中包括：

NFPA 68：該標準為設計和安裝爆燃通風系統提供了指導，通過安全釋放快速燃燒事件產生的壓力，保護建筑物與設備。這些通風裝置對熱失控具有反應性。

NFPA 69：該標準闡述了設備和建筑物內防爆系統的設計與實施方法，重點通過主動通風與壓力釋放降低危險燃燒事件發生的可能性。

NFPA 72：該標準規定了煙霧探測器、報警信號裝置、火警站、熱探測器、火災報警控制面板及相關設備的安全規范。

這些標準確立了電池儲能系統安全設計的基本要求，確保熱失控事件被控制在封閉空間內，防止其擴散，并有效降低不受控火災的風險，從而顯著提升電池儲能系統安全性。

固態電池與非鋰離子電池等新興技術正為更安全、更可持續的替代方案鋪平道路，包括不可燃且無毒的電池儲能解決方案。鈉離子等非鋰離子電池或將會取代鋰離子電池，就像NMC電池在2010年代后期被LFP電池取代一樣，而提供更安全、更經濟的替代方案，標志著電池儲能行業的重大變革。

致力于開發與采用這些電池，體現了電池儲能行業對安全、可持續性與長期彈性的堅定承諾。集成下一代儲能解決方案在加強電池儲能系統可靠性的同時，推動著更清潔、更安全的能源未來。