EV batareyası yandıqda nə baş verir?

Bir EV batareyası yandıqda, bu, adətən "termal qaçaq" adlı bir fenomenlə əlaqədardır. Sadələşdirilmiş dillə desək, bu, batareyanın hüceyrəsi nədənsə, çox vaxt xarici fiziki zədələnmə, həddindən artıq istiləşmə və ya həddən artıq yüklənmə (“xarici zərərlər” kimi istinad edilir) səbəbindən həddindən artıq qızdıqda başlayan zəncirvari reaksiyadır. Bəzən bu, istehsal qüsurları və ya batareya hüceyrəsindəki qısaqapanma ("daxili narahatlıqlar" olaraq adlandırılır) kimi daxili problemlə baş verə bilər.

Yanan bir EV akkumulyatoru xüsusilə narahat ola bilər, çünki ənənəvi daxili yanma mühərrikli avtomobildən fərqli olaraq, EV-lərdəki batareyalar çox vaxt avtomobilin uzunluğunda işləyir. EV akkumulyator paketindəki bir hüceyrə alov aldıqdan sonra istilik yaxınlıqdakı hüceyrələrin də alovlanmasına səbəb ola bilər ki, bu da bütün akkumulyator paketini və potensial olaraq bütün avtomobili tez bir zamanda əhatə edə biləcək zəncirvari reaksiyaya səbəb ola bilər.

Problemi daha da çətinləşdirmək üçün bugünkü EV-lərdə istifadə edilən ən çox yayılmış akkumulyator növü olan litium-ion batareyada yanan üzvi maye elektrolitlər var. Bu, bu batareyaları zədələnmiş və ya düzgün istifadə edilmədikdə alov almağa və partlamağa daha çox meylli edir. Bundan əlavə, doldurulma zamanı anodda yarana bilən kiçik, iynə kimi çıxıntılar olan “litium dendritlər” adlı xüsusi bir risk var. Bu dendritlər kifayət qədər böyüyərsə, onlar separatoru deşərək qısaqapanmaya və ola bilsin ki, termal qaçaq vəziyyətə gətirib çıxara bilər.

Buna görə də, batareya strukturunun bütövlüyü və ayırıcıların keyfiyyəti EV akkumulyatorunun təhlükəsizliyini təmin etmək üçün həlledici amillərdir. Belə ki, keyfiyyətli akkumulyatorlar fabrikdən çıxmazdan əvvəl müxtəlif gərginlik testlərindən, o cümlədən müsbət və mənfi elektrodların və separatorun eyni vaxtda zədələnməsi nəticəsində yaranan qısaqapanmanı simulyasiya edən “ponksiyon” testindən keçir.

Yuxarıda göstərilənlərə baxmayaraq, qeyd etmək vacibdir ki, EV-lərdə termal qaçış nisbətən nadirdir və bir çox istehsalçılar, tədqiqatçılar və qurumlar bu batareyaların təhlükəsizliyini daha da yaxşılaşdırmaq üçün səylə çalışırlar. Bir yanaşma, yanan maye elektrolitini alışmayan bərk ilə əvəz edən bərk cisimli batareyaların inkişafıdır. Bununla belə, 2023-cü ilə qədər bu batareyalar hələ də tədqiqat və inkişaf mərhələsindədir.

2023-cü il avqustun ilk günlərində Çinin Zhejiang şəhərində NIO ES8 avtomobili yol sütunu ilə toqquşub və bir neçə saniyə ərzində alovlanıb və sürücünün həyatını itirib. Hadisə ilə bağlı hələ də araşdırma aparılır. Bir neçə gün əvvəl, iyulun sonunda, Quandun ştatının Dongguan şəhərində Tesla Model Y və Audi sedanı toqquşub. Tesla idarəetməni itirib, qoruyucuya çırpılıb və alovlanıb.

Bir az geriyə fırladın və biz Quandun ştatının Jiangmen şəhərində bir NIO AUTO batareya dəyişdirmə stansiyasının yanar olduğunu tapırıq. Səbəb? Xarici qüvvələr tərəfindən zədələnmiş NIO istifadəçisinin batareyası stansiyaya qayıdarkən yoxlama zamanı yanıb.

Elektrikli nəqliyyat vasitələrinin (EV) qucaqlanmasına davamlı olan bir çox benzin həvəskarlarının xəyal etdiyi kabus ssenariləri və aradan qaldırılması ən çətin olanlar: EV akkumulyatorlarının təhlükəsizliyi. Bu qorxu əsassız deyil; Elektrikli avtomobillərdə akkumulyator yanğınları adi avtomobillərdən daha qorxulu ola bilər. Məsələn, EV-dəki akkumulyator bütün avtomobilə inteqrasiya olunub və yanğın zamanı onu tam yanmağa meylli edir. Daha da narahatedicidir ki, adi avtomobil yanğınları ümumiyyətlə yol qəzaları ilə əlaqəli olsa da, EV-lər bəzən istirahət zamanı öz-özünə alovlanır və bu xəbərləri daha qabarıq edir.

Bu "termal qaçaq" hadisələrin ümumi səbəbləri iki kateqoriyaya bölünür: xarici təhdidlər və daxili narahatlıqlar. Xarici təhdidlər adətən qəzalar, yüksək temperatur, həddindən artıq yükləmə və ya boşalma səbəbindən mexaniki sui-istifadə, istilikdən sui-istifadə və elektrikdən sui-istifadəni əhatə edir. NIO, yol-nəqliyyat hadisələri zamanı şiddətli toqquşma zamanı alovlanmaqla yanaşı, 8-cu ildə ES2019 EV-nin şassi təsirindən sonra batareya paketinin strukturunun sıxılması nəticəsində yaranan qısaqapanma səbəbindən texniki xidmət zamanı kortəbii yanma hadisəsi olduğunu da bildirdi. Demək olar ki, bütün digər Çin EV istehsalçıları oxşar hadisələri bildirdilər.

Daxili narahatlıqlar deyilən şeylər çoxşaxəlidir. Əsasən müsbət və mənfi elektrodlardan, separatorlardan və elektrolitdən ibarət olan cari litium-ion batareyaları öz unikal təhlükələrini təqdim edir. Məsələn, litium örtük fenomeni, batareyanın içərisində hərəkət edən litium ionları elektrodları ayıran nazik membranda toplanaraq litium dendritləri əmələ gətirdikdə baş verir. Bu dendritlər membranı deşərək qısaqapanmaya və sürətli istilik yığılmasına səbəb ola bilər.

Beləliklə, batareyanın strukturunun bütövlüyü və ayırıcı keyfiyyəti batareyanın təhlükəsizliyinin mühüm təyinediciləridir. Yüksək keyfiyyətli akkumulyatorlar fabrikdən çıxmazdan əvvəl ciddi sınaqdan keçirilir, o cümlədən müsbət və mənfi elektrodların və separatorun bütövlüyünü pozaraq qısaqapanmaya yönəlmiş “dırnaqların nüfuz etmə” sınağı (ümumdünya məcburi olmasa da).

Bunu nəzərə alaraq, təhlükəsizliyin təkmilləşdirilməsi üçün təbii yol aydın görünür: yanan üzvi elektroliti hərəkətsiz, sızmayan, termal cəhətdən sabit bərk materialla əvəz edin. Bərk vəziyyətdə olan akkumulyatorlar təhlükəsizlik və enerji sıxlığı baxımından akkumulyator sənayesinin yol xəritəsində aşkar “növbəti stansiyaya” çevrilmişdir. Bununla belə, geniş miqyasda övladlığa götürmə yolu çətin olduğunu sübut etdi. ABŞ Oak Ridge Milli Laboratoriyasının 1990-cı ildə ilk bərk cisim batareyasını yaratmasına baxmayaraq, ardıcıl texnoloji maneələr davam edir.

Bərk dövlət batareyaları dünyasında bərk elektrolit materialları üçün üç əsas sistem mövcuddur: polimerlər, oksidlər və sulfidlər. Hər birinin öz güclü və zəif tərəfləri var və hamısı kommersiyalaşdırmaya xas olan istehsalın miqyası və keyfiyyətə nəzarət problemləri ilə mübarizə aparmalıdır.

Skeptiklər elektrik nəqliyyat vasitələrinin qışda azaldılmış diapazonuna rişxəndlə yanaşırlar ki, mövcud maye akkumulyatorların aşağı temperaturda zəif işləməsi, yayda enerji doldurarkən yanma riski də narahatlıq doğurur. Bu, bütün fəsillərin tələblərinə cavab verə bilən daha təhlükəsiz, daha səmərəli batareyaya ehtiyac olduğunu vurğulayır.

Bərk elektrolitlər üçün mürəkkəb strukturların yaradılması üçün 3D çap ilə aparılan təcrübələr müəyyən vədlər verdi. Məsələn, Oksford Universitetinin tədqiqatçıları mexaniki gücü artırmaq və asan qırılmaların qarşısını almaq üçün bərk elektrolitlə doldurulmuş üçölçülü çərçivə qurmaq üçün 3D çapdan istifadə ediblər. Eynilə, ABŞ-ın Sakuu şirkəti tələb olunan elektrod materiallarını və bərk elektrolit tozlarını substratın üzərinə yerləşdirmək və onları maye reagentlərlə “bərkləşdirmək” üçün bağlayıcı püskürtmə texnologiyasından istifadə edir.

3D çap interfeysin təmas sahəsini genişləndirmək və materialın məsaməliliyinə nəzarət etmək üçün bir vasitə təklif edə bilsə də, bu eksperimental üsulların həyat qabiliyyətli, kütləvi istehsal olunan həllə çevrilməsinə qədər hələ də aradan qaldırılmalı olan böyük maneələr var. Performans və dəyəri balanslaşdırmaq, miqyaslılığa nail olmaq və ciddi keyfiyyətə nəzarət standartlarını saxlamaq bu perspektivli həlləri yolda deyil, laboratoriyada saxlayan qarşıda duran problemlərdir.

Biz getdikcə daha çox elektrik enerjisi ilə işləyən gələcəyə doğru irəlilədikcə, özünəməxsus risklər və təkmilləşdirilmiş təhlükəsizlik tədbirlərinin davamlı axtarışı sənayeni axıcı vəziyyətdə saxlayır. Çətin çətinliklərə baxmayaraq, dayanıqlı yenilik və davamlı gələcəyə sadiqlik sayəsində daha təhlükəsiz, daha səmərəli elektrik avtomobil sənayesinə doğru yürüş davam edir. Həmişə olduğu kimi, New Yorker bu inkişafları diqqətlə izləyəcək, gələcək səyahət haqqında fikir və təhlil təklif etməyə hazır olacaq.