Wat gebeur as 'n EV-battery brand?

Wanneer 'n EV-battery brand, is dit tipies te wyte aan 'n verskynsel wat "termiese weghol" genoem word. In vereenvoudigde terme is dit 'n kettingreaksie wat begin wanneer 'n sel in die battery om een ​​of ander rede oorverhit raak, dikwels as gevolg van eksterne fisiese skade, oorverhitting of oorlaai (na verwys as "eksterne skade"). Soms kan dit veroorsaak word deur 'n interne probleem soos vervaardigingsdefekte of 'n kortsluiting binne die batterysel (na verwys as "interne bekommernisse").

'n Brandende EV-battery kan veral kommerwekkend wees, want anders as 'n tradisionele binnebrandenjinmotor, loop die batterye in EV's dikwels die lengte van die voertuig. Sodra een sel in 'n EV-batterypak aan die brand slaan, kan die hitte veroorsaak dat nabygeleë selle ook aan die brand slaan, wat lei tot 'n kettingreaksie wat vinnig die hele batterypak en moontlik die hele voertuig kan verswelg.

Om die probleem te vererger, bevat die mees algemene tipe battery wat in vandag se EV's gebruik word, die litiumioonbattery, vlambare organiese vloeibare elektroliete. Dit maak hierdie batterye meer geneig om aan die brand te slaan en te ontplof wanneer dit beskadig of onbehoorlik hanteer word. Daarbenewens is daar 'n spesifieke risiko genaamd "litiumdendriete", wat klein, naaldagtige uitsteeksels is wat tydens laai op die anode kan ontwikkel. As hierdie dendriete groot genoeg word, kan hulle die skeier deurboor, wat 'n kortsluiting veroorsaak en moontlik tot 'n termiese wegholsituasie lei.

Daarom is die integriteit van die batterystruktuur en die kwaliteit van die skeiers deurslaggewende faktore om die veiligheid van 'n EV-battery te verseker. As sodanig ondergaan kwaliteitbatterye verskeie strestoetse voordat hulle die fabriek verlaat, insluitend 'n "punksie"-toets wat 'n kortsluiting simuleer wat veroorsaak word deur die gelyktydige skade aan die positiewe en negatiewe elektrodes en skeier.

Ten spyte van bogenoemde, is dit belangrik om daarop te let dat termiese weghol in EV's relatief skaars is, en baie vervaardigers, navorsers en instansies werk ywerig om die veiligheid van hierdie batterye verder te verbeter. Een benadering is die ontwikkeling van vaste-toestand batterye, wat die vlambare vloeibare elektroliet vervang met 'n nie-vlambare vaste een. Vanaf 2023 is hierdie batterye egter steeds grootliks in die navorsing- en ontwikkelingstadium.

In die vroeë dae van Augustus 2023 het 'n NIO ES8 met 'n padpilaar in Zhejiang, China, gebots en binne sekondes in vlamme uitgebreek en die lewe van die bestuurder geëis. Die voorval word nog ondersoek. Slegs dae tevore, laat in Julie, het 'n Tesla Model Y en 'n Audi-sedan in Dongguan, KwaZulu-Natal, gebots. Die Tesla het beheer verloor, 'n vangrail getref en in vlamme uitgebars.

Spoel 'n bietjie verder terug, en ons vind 'n NIO AUTO-batteryruilstasie in Jiangmen, KwaZulu-Natal, aan die brand. Die oorsaak? 'n NIO-gebruiker se battery, wat op 'n afstand geïdentifiseer is as beskadig deur eksterne kragte, het tydens inspeksie aan die brand geslaan met terugkeer na die stasie.

Dit is die nagmerriescenario's wat baie petrol-entoesiaste wat weerstand bied teen die omhelsing van elektriese voertuie (EV's) voorgestel het, en die moeilikste om te verlig: die veiligheid van EV-batterye. Hierdie vrees is nie ongegrond nie; batterybrande kan meer kommerwekkend wees in EV's as konvensionele motors. Byvoorbeeld, die battery in 'n EV is deur die voertuig geïntegreer, wat dit geneig maak tot totale ontbranding in die geval van 'n brand. Selfs meer ontstellend, terwyl konvensionele voertuigbrande oor die algemeen met verkeersongelukke geassosieer word, kan EV's soms spontaan ontbrand terwyl hulle rus, wat die nuus meer opvallend maak.

Algemene redes vir hierdie "termiese weghol"-voorvalle val in twee kategorieë: eksterne bedreigings en interne bekommernisse. Eksterne bedreigings behels meganiese misbruik, termiese misbruik en elektriese misbruik, tipies as gevolg van ongelukke, hoë temperature, oorlaai of ontlading. Benewens die aan die brand slaan tydens erge botsing tydens verkeersvoorvalle, het NIO ook 'n spontane ontbrandingsgebeurtenis van 'n ES8 EV in 2019 tydens instandhouding aangemeld as gevolg van 'n kortsluiting wat veroorsaak word deur batterypakstruktuur-kompressie na 'n onderstel-impak. Byna alle ander Chinese EV-vervaardigers het soortgelyke gevalle aangemeld.

Die sogenaamde interne bekommernisse is veelsydig. Huidige litiumioonbatterye, wat hoofsaaklik uit positiewe en negatiewe elektrodes, skeiers en elektroliet bestaan, hou hul eie unieke gevare in. Die verskynsel van litiumplatering vind byvoorbeeld plaas wanneer litiumione wat binne die battery beweeg, ophoop op die dun membraan wat die elektrodes skei en litiumdendriete vorm. Hierdie dendriete kan die membraan deurboor, wat 'n kortsluiting en vinnige hitte-akkumulasie veroorsaak.

Batterystruktuurintegriteit en skeidingskwaliteit is dus deurslaggewende bepalers van batteryveiligheid. Hoë kwaliteit batterye ondergaan streng toetsing voordat hulle die fabriek verlaat, insluitend 'n "nael penetrasie" toets (hoewel nie universeel verpligtend nie) wat gemik is op kortsluiting deur die integriteit van die positiewe en negatiewe elektrodes en skeier te beskadig.

Met dit in gedagte, lyk die natuurlike pad na veiligheidverbetering duidelik: vervang die vlambare organiese elektroliet met 'n onbeweeglike, nie-lekkende, termies-stabiele soliede materiaal. Vastetoestandbatterye het die ooglopende “volgende stasie” in die batterybedryf se padkaart geword vir hul veiligheid en energiedigtheid. Die reis na wydverspreide aanneming het egter ontwykend geblyk. Ten spyte van die Amerikaanse Oak Ridge Nasionale Laboratorium wat die eerste vastestaatbattery so vroeg as 1990 geskep het, het konsekwente tegnologiese struikelblokke voortgeduur.

In die wêreld van vastestofbatterye is daar drie hoofstroomstelsels vir vaste elektrolietmateriale: polimere, oksiede en sulfiede. Elkeen het sy eie sterk- en swakpunte, en almal moet die uitdagings van produksieskaalbaarheid en kwaliteitbeheer inherent aan kommersialisering trotseer.

Skeptici spot met elektriese voertuie se verminderde reikafstand in die winter as gevolg van huidige vloeibare batterye se swak lae-temperatuur werkverrigting, terwyl die potensiële risiko van ontbranding terwyl hulle in die somer laai ook kommerwekkend is. Dit beklemtoon die behoefte aan 'n veiliger, doeltreffender battery wat die eise van alle seisoene kan hanteer.

Eksperimentering met 3D-drukwerk om komplekse strukture vir soliede elektroliete te skep, het 'n mate van belofte getoon. Navorsers aan die Universiteit van Oxford het byvoorbeeld 3D-drukwerk gebruik om 'n driedimensionele raamwerk, gevul met 'n soliede elektroliet, te bou om meganiese sterkte te verbeter en maklike breking te voorkom. Net so gebruik die Amerikaanse maatskappy Sakuu bindmiddelstraaltegnologie om vereiste elektrodemateriaal en soliede elektrolietpoeiers op 'n substraat neer te sit en dit met vloeibare reagense te "stolde".

Alhoewel 3D-drukwerk 'n manier kan bied om koppelvlakkontakarea uit te brei en materiaalporositeit te beheer, is daar nog groot struikelblokke om te oorkom voordat hierdie eksperimentele tegnieke omskep kan word in 'n lewensvatbare, massavervaardigde oplossing. Die balansering van prestasie en koste, die bereiking van skaalbaarheid en die handhawing van streng gehaltebeheerstandaarde is die dreigende uitdagings wat hierdie belowende oplossings in die laboratorium hou eerder as op die pad.

Soos ons in 'n toenemend elektriese toekoms jaag, hou die inherente risiko's en die voortdurende strewe na verbeterde veiligheidsmaatreëls die bedryf in 'n toestand van vloed. Ten spyte van die uitdagende uitdagings, gaan die opmars na 'n veiliger, doeltreffender elektriese voertuigbedryf voort, aangevuur deur meedoënlose innovasie en verbintenis tot 'n volhoubare toekoms. Soos altyd, sal die New Yorker sy oog op hierdie ontwikkelings hou, gereed om insig en ontleding te bied oor die reis wat voorlê.