Lityum ion pil yangınlarına müdahalede endotermik sıvı katkılı su sisi kullanılan bir otomasyon sistemi geliştirilmesi

Bu tez çalışması, günümüzde yaygın olarak kullanılan lityum iyon pillerin yangın risklerini ve bu yangınlara karşı uygulanabilecek etkin söndürme stratejilerini incelemekte olup, özellikle endüstriyel tesisler, elektrikli araçlar ve enerji depolama sistemlerinde kritik önem arz eden pil yangınlarına müdahale yöntemlerini araştırmaktadır. Çalışmanın temel amacı, endotermik sıvı katkılı su sisi teknolojisini esas alan bir otomasyon sistemi tasarlamak ve bu sistemin lityum iyon pil yangınlarındaki performansını deneysel olarak ortaya koymaktır. Lityum iyon pillerin kullanım alanlarının hızla artması, beraberinde ciddi yangın güvenliği problemlerini gündeme getirmiştir. Termal kaçak (thermal runaway) olarak bilinen zincirleme reaksiyon, hücrelerin iç sıcaklığının kontrolsüz artışıyla birlikte gerçekleşmekte; jet alevleri, patlama etkileri ve toksik gaz çıkışları ile sonuçlanabilmektedir. Bu nedenle çalışmada öncelikle lityum iyon pillerin tarihçesi, farklı tipleri (LFP, NMC, NCA vb.), yapısal özellikleri ve arızalanma mekanizmaları ele alınmıştır. Ardından, pil yangınlarının evreleri, ürettikleri gazların miktar ve türleri, ısı açığa çıkış hızları ve güvenlik zafiyetleri detaylı olarak değerlendirilmiştir. Araştırmanın ikinci bölümünde, yangın algılama ve söndürme sistemleri literatür bazında incelenmiş, su, köpük, kuru kimyasal, gazlı ve aerosol söndürme maddeleri karşılaştırılmıştır. Yapılan analizlerde, su sisi sistemlerinin yüksek soğutma kapasitesi, oksijen seyreltme etkisi, düşük su tüketimi ve elektronik donanımlara daha az zarar vermesi gibi avantajları öne çıkmıştır. Bununla birlikte, su sisi sistemlerinin performansını artırmak amacıyla F-500 EA (Encapsulating Agent) katkılı endotermik sıvı kullanımı, tez çalışmasının özgün katkısını oluşturmaktadır. Tez kapsamında deneysel çalışmalar iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir: Taşınabilir Yangın Söndürme Cihazı Deneyleri: Farklı pil tipleri üzerinde gerçekleştirilen deneylerde, mekanik delme ve sıcaklık artışıyla tetiklenen termal runaway sonrası gelişen yangınlara, endotermik katkılı su sisi ile müdahale edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, katkılı su sisinin jet alevlerinde dahi hızlı soğutma sağladığını, yangını kontrol altına aldığını ancak gaz salınımını tamamen durduramadığını göstermiştir. Otomatik Söndürme Sistemleri Deneyleri: Algılama ile entegre çalışan otomasyon tabanlı sistem tasarlanmış, nozul tipleri, damlacık boyut dağılımı, püskürtme açısı, debi ve yoğunluk parametreleri analiz edilmiştir. Sistem, termal kameralar ve sensörler aracılığıyla yangını algılamış ve otomatik tetikleme sonrasında yangını kısa sürede kontrol altına almıştır. Deneysel bulgular, NMC pillerin diğer pillere kıyasla daha yüksek termal runaway şiddetine sahip olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca endotermik katkılı su sisi, klasik su sisi sistemlerine göre daha yüksek soğutma kapasitesi ve daha düşük alev yayılımı sağlamıştır. Ancak gaz emisyonlarının tamamen engellenememesi, pil yangınlarında çoklu söndürme stratejilerinin önemini vurgulamaktadır. Çalışmanın sonuçları, BESS (Battery Energy Storage Systems), elektrikli araç batarya paketleri ve endüstriyel uygulamalar için kritik öneme sahiptir. Bu tez, literatürde mevcut söndürme maddeleri ve yöntemlerine katkı sağlamanın ötesinde, yeni nesil otomatik yangın söndürme sistemleri için uygulanabilir bir model önermektedir. Ayrıca, ulusal ve uluslararası standartların (NFPA 855, UL 9540/9540A, IEC 62933, TS EN 14972 vb.) gerekliliklerine uygun çözümler geliştirilmesine de bilimsel altyapı sunmaktadır. Sonuç olarak, endotermik katkılı su sisi tabanlı otomasyon sistemi, lityum iyon pil yangınlarında etkin, hızlı ve güvenli bir müdahale yöntemi olarak öne çıkmaktadır. Çalışma, hem akademik hem de endüstriyel açıdan önemli bir boşluğu doldurmakta; gelecekte daha güvenli batarya depolama çözümlerinin geliştirilmesi için yol göstermektedir.