ماذا يحدث عندما تحترق بطارية EV؟

عندما تحترق بطارية EV ، فعادةً ما يكون ذلك بسبب ظاهرة تسمى "الهروب الحراري". بعبارات مبسطة ، إنه تفاعل متسلسل يبدأ عندما ترتفع درجة حرارة إحدى الخلايا في البطارية لسبب ما ، غالبًا بسبب التلف المادي الخارجي أو السخونة الزائدة أو الشحن الزائد (يشار إليها باسم "الأضرار الخارجية"). في بعض الأحيان ، يمكن أن تحدث بسبب مشكلة داخلية مثل عيوب التصنيع أو ماس كهربائى داخل خلية البطارية (يشار إليها باسم "المخاوف الداخلية").

يمكن أن تكون بطارية EV المحترقة مثيرة للقلق بشكل خاص لأنه ، على عكس سيارة محرك الاحتراق الداخلي التقليدية ، غالبًا ما تعمل البطاريات في EVs بطول السيارة. بمجرد أن تشتعل حريق في خلية واحدة في حزمة بطارية EV ، يمكن أن تتسبب الحرارة في اشتعال النيران في الخلايا المجاورة أيضًا ، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل يمكن أن يبتلع حزمة البطارية بأكملها بسرعة وربما السيارة بأكملها.

لتفاقم المشكلة ، فإن أكثر أنواع البطاريات شيوعًا المستخدمة في السيارات الكهربائية اليوم ، بطارية الليثيوم أيون ، تحتوي على إلكتروليتات سائلة عضوية قابلة للاشتعال. هذا يجعل هذه البطاريات أكثر عرضة للاشتعال والانفجار عند تلفها أو التعامل معها بشكل غير صحيح. بالإضافة إلى ذلك ، هناك خطر محدد يسمى "تشعبات الليثيوم" ، وهي نتوءات صغيرة تشبه الإبرة يمكن أن تتطور على الأنود أثناء الشحن. إذا نمت هذه التشعبات بشكل كبير ، فيمكنها اختراق الفاصل ، مما يتسبب في حدوث ماس كهربائي وربما يؤدي إلى حالة هروب حراري.

لذلك ، تعد سلامة هيكل البطارية وجودة أجهزة الفصل من العوامل الحاسمة في ضمان سلامة بطارية EV. على هذا النحو ، تخضع البطاريات عالية الجودة لاختبارات ضغط مختلفة قبل مغادرة المصنع ، بما في ذلك اختبار "ثقب" الذي يحاكي ماس كهربائى ناتج عن التلف المتزامن للأقطاب الموجبة والسالبة والفاصل.

على الرغم مما سبق ، من المهم ملاحظة أن الهروب الحراري في المركبات الكهربائية نادر نسبيًا ، ويعمل العديد من المصنعين والباحثين والمؤسسات بجد لزيادة تحسين أمان هذه البطاريات. يتمثل أحد الأساليب في تطوير بطاريات الحالة الصلبة ، والتي تحل محل المنحل بالكهرباء السائل القابل للاشتعال بأخرى صلبة غير قابلة للاشتعال. ومع ذلك ، اعتبارًا من عام 2023 ، لا تزال هذه البطاريات إلى حد كبير في مرحلة البحث والتطوير.

في الأيام الأولى من أغسطس 2023 ، اصطدم NIO ES8 بعمود طريق في تشجيانغ ، الصين ، واشتعلت النيران في غضون ثوان ، مما أدى إلى مقتل السائق. الحادث لايزال قيد التحقيق. قبل أيام فقط ، في أواخر يوليو ، اصطدمت سيارة تسلا موديل Y وسيارة أودي سيدان في دونغقوان ، قوانغدونغ. فقدت تسلا السيطرة ، واصطدمت بدرابزين واشتعلت فيها النيران.

الترجيع إلى الوراء قليلاً ، ونجد محطة تبديل بطارية NIO AUTO في جيانغمن ، قوانغدونغ ، مشتعلة. القضية؟ اشتعلت النيران في بطارية مستخدم NIO ، التي تم تحديدها عن بعد على أنها تضررت بفعل قوى خارجية ، أثناء التفتيش عند العودة إلى المحطة.

هذه هي السيناريوهات الكابوسية التي تخيلها العديد من المتحمسين للبنزين المقاومين لاحتضان السيارات الكهربائية ، والأكثر صعوبة في التخفيف من حدتها: سلامة بطاريات المركبات الكهربائية. هذا الخوف ليس بلا أساس. يمكن أن تكون حرائق البطارية أكثر إثارة للقلق في المركبات الكهربائية من السيارات التقليدية. على سبيل المثال ، يتم دمج البطارية في السيارة الكهربائية في جميع أنحاء السيارة ، مما يجعلها عرضة للاحتراق الكامل في حالة نشوب حريق. الأمر الأكثر إثارة للقلق ، في حين ترتبط حرائق المركبات التقليدية بشكل عام بحوادث المرور ، يمكن أن تشتعل المركبات الكهربائية في بعض الأحيان تلقائيًا أثناء الراحة ، مما يجعل الأخبار أكثر بروزًا.

تنقسم الأسباب الشائعة لحوادث "الهروب الحراري" إلى فئتين: التهديدات الخارجية والمخاوف الداخلية. تتضمن التهديدات الخارجية إساءة استخدام ميكانيكية ، وإساءة استخدام حرارية ، وإساءة استخدام الكهرباء ، عادةً بسبب الحوادث ، أو درجات الحرارة المرتفعة ، أو الشحن الزائد ، أو التفريغ. بالإضافة إلى اشتعال النيران عند الاصطدام الشديد أثناء حوادث المرور ، أبلغت NIO أيضًا عن حدث احتراق تلقائي لمركبة ES8 EV في عام 2019 أثناء الصيانة بسبب ماس كهربائي ناتج عن ضغط هيكل حزمة البطارية بعد اصطدام الهيكل. أبلغت جميع الشركات المصنعة للمركبات الكهربائية الصينية تقريبًا عن حالات مماثلة.

إن ما يسمى بالمخاوف الداخلية متعددة الأوجه. تمثل بطاريات الليثيوم أيون الحالية ، المكونة أساسًا من أقطاب كهربائية موجبة وسالبة ، وفواصل ، وإلكتروليت ، مخاطر فريدة خاصة بها. على سبيل المثال ، تحدث ظاهرة طلاء الليثيوم عندما تتراكم أيونات الليثيوم التي تتحرك داخل البطارية على الغشاء الرقيق الذي يفصل بين الأقطاب الكهربائية ، مكونًا تشعبات الليثيوم. يمكن أن تخترق هذه التشعبات الغشاء ، مما يتسبب في حدوث ماس كهربائي وتراكم سريع للحرارة.

ومن ثم ، فإن سلامة هيكل البطارية وجودة الفاصل من العوامل الحاسمة لسلامة البطارية. تخضع البطاريات عالية الجودة لاختبارات صارمة قبل مغادرة المصنع ، بما في ذلك اختبار "اختراق الأظافر" (وإن لم يكن إلزاميًا عالميًا) والذي يهدف إلى قصر الدائرة عن طريق إتلاف سلامة الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة والفاصل.

مع وضع هذا في الاعتبار ، يبدو المسار الطبيعي لتحسين السلامة واضحًا: استبدال الإلكتروليت العضوي القابل للاشتعال بمادة صلبة ثابتة حراريًا وغير قابلة للتسرب وغير متحركة. أصبحت بطاريات الحالة الصلبة "المحطة التالية" الواضحة في خريطة طريق صناعة البطاريات من أجل سلامتها وكثافة طاقتها. ومع ذلك ، فقد ثبت أن رحلة التبني على نطاق واسع بعيدة المنال. على الرغم من قيام مختبر أوك ريدج الوطني الأمريكي بإنشاء أول بطارية صلبة في وقت مبكر من عام 1990 ، استمرت العقبات التكنولوجية المستمرة.

في عالم بطاريات الحالة الصلبة ، هناك ثلاثة أنظمة رئيسية للمواد الصلبة المنحل بالكهرباء: البوليمرات ، والأكاسيد ، والكبريتيدات. لكل منها نقاط قوتها وضعفها ، ويجب أن يتعامل الجميع مع قابلية التوسع في الإنتاج وتحديات مراقبة الجودة الملازمة للتسويق.

يسخر المشككون من النطاق المنخفض للسيارات الكهربائية في الشتاء بسبب الأداء الضعيف لدرجات الحرارة المنخفضة للبطاريات السائلة الحالية ، في حين أن المخاطر المحتملة للاحتراق أثناء الشحن في الصيف هي أيضًا مصدر قلق. وهذا يؤكد الحاجة إلى بطارية أكثر أمانًا وفعالية يمكنها تلبية متطلبات جميع الفصول.

أظهرت التجارب باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء هياكل معقدة للإلكتروليتات الصلبة بعض الأمل. على سبيل المثال ، استخدم الباحثون في جامعة أكسفورد الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء إطار ثلاثي الأبعاد ، مملوء بإلكتروليت صلب ، لتحسين القوة الميكانيكية ومنع التكسير السهل. وبالمثل ، تستخدم شركة Sakuu الأمريكية تقنية النفث الموثق لإيداع مواد الإلكترود المطلوبة ومساحيق الإلكتروليت الصلبة على ركيزة و "ترسيخها" باستخدام الكواشف السائلة.

في حين أن الطباعة ثلاثية الأبعاد قد توفر وسيلة لتوسيع منطقة اتصال الواجهة والتحكم في مسامية المواد ، لا تزال هناك عقبات كبيرة يجب التغلب عليها قبل أن تتحول هذه التقنيات التجريبية إلى حل قابل للتطبيق منتَج بكميات كبيرة. إن تحقيق التوازن بين الأداء والتكلفة ، وتحقيق قابلية التوسع ، والحفاظ على معايير مراقبة الجودة الصارمة هي التحديات التي تلوح في الأفق والتي تحافظ على هذه الحلول الواعدة في المختبر وليس على الطريق.

بينما نسابق نحو مستقبل كهربائي بشكل متزايد ، فإن المخاطر الكامنة والسعي المستمر لتحسين تدابير السلامة تبقي الصناعة في حالة تغير مستمر. على الرغم من التحديات الهائلة ، تستمر المسيرة نحو صناعة مركبات كهربائية أكثر أمانًا وفعالية ، يغذيها الابتكار الدؤوب والالتزام بمستقبل مستدام. كما هو الحال دائمًا ، ستراقب New Yorker عن كثب هذه التطورات ، لتكون على استعداد لتقديم نظرة ثاقبة وتحليلات حول الرحلة المقبلة.