Šta se dešava kada EV baterija izgori?

Kada baterija EV-a izgori, to je obično zbog fenomena koji se naziva „termički bijeg“. Pojednostavljeno rečeno, to je lančana reakcija koja počinje kada se ćelija u bateriji iz nekog razloga pregrije, često zbog vanjskog fizičkog oštećenja, pregrijavanja ili prekomjernog punjenja (koji se nazivaju “spoljašnje štete”). Ponekad ga može pokrenuti interni problem kao što su fabrički nedostaci ili kratki spoj unutar ćelije baterije (koji se naziva "unutrašnje brige").

Zapaljena baterija EV može biti posebno zabrinjavajuća jer, za razliku od tradicionalnog automobila s motorom s unutrašnjim sagorijevanjem, baterije u EV-ima često rade cijelom dužinom vozila. Jednom kada se jedna ćelija u EV baterijskom paketu zapali, toplina može uzrokovati da se i obližnje ćelije zapale, što dovodi do lančane reakcije koja može brzo zahvatiti cijeli paket baterija i potencijalno cijelo vozilo.

Da bi se problem pogoršao, najčešći tip baterije koja se koristi u današnjim električnim vozilima, litijum-jonska baterija, sadrži zapaljive organske tečne elektrolite. Ovo čini ove baterije sklonijim da se zapale i eksplodiraju kada su oštećene ili se njima nepravilno rukuje. Dodatno, postoji specifičan rizik koji se naziva „litijum dendriti“, koji su sićušne igličaste izbočine koje se mogu razviti na anodi tokom punjenja. Ako ovi dendriti narastu dovoljno veliki, mogu probiti separator, uzrokujući kratki spoj i moguće dovesti do situacije toplinskog bijega.

Stoga su integritet strukture baterije i kvalitet separatora ključni faktori u osiguravanju sigurnosti EV baterije. Kao takve, kvalitetne baterije prolaze kroz različite testove naprezanja prije nego što napuste tvornicu, uključujući test „probijanja“ koji simulira kratki spoj uzrokovan istovremenim oštećenjem pozitivne i negativne elektrode i separatora.

Usprkos gore navedenom, važno je napomenuti da je termalni bijeg u električnim vozilima relativno rijedak, a mnogi proizvođači, istraživači i institucije marljivo rade na daljem poboljšanju sigurnosti ovih baterija. Jedan pristup je razvoj čvrstih baterija, koje zamjenjuju zapaljivi tekući elektrolit nezapaljivim čvrstim. Međutim, od 2023. godine, ove baterije su još uvijek u velikoj mjeri u fazi istraživanja i razvoja.

U ranim danima avgusta 2023. NIO ES8 se sudario sa stubom puta u Zhejiangu, Kina, i izbio u plamen u roku od nekoliko sekundi, oduzevši život vozaču. Incident je još pod istragom. Samo nekoliko dana ranije, krajem jula, sudarili su se Tesla Model Y i Audi limuzina u Dongguanu u Guangdongu. Tesla je izgubio kontrolu, udario u zaštitnu ogradu i zapalio se.

Premotajte malo dalje i nalazimo NIO AUTO stanicu za zamjenu baterija u Jiangmenu, Guangdong, kako gori. Uzrok? Baterija korisnika NIO-a, daljinski identifikovana kao oštećena vanjskim silama, zapalila se tokom pregleda po povratku u stanicu.

Ovo su scenariji noćne more koje su zamislili mnogi entuzijasti benzinaca otporni na zagrljaj električnih vozila (EV), a koje je najteže ublažiti: sigurnost EV baterija. Ovaj strah nije neosnovan; požari u baterijama mogu biti alarmantniji kod električnih vozila nego kod konvencionalnih automobila. Na primjer, baterija u EV je integrirana u cijelo vozilo, što ga čini sklonim potpunom sagorijevanju u slučaju požara. Što je još više uznemirujuće, dok su požari konvencionalnih vozila generalno povezani sa saobraćajnim nesrećama, električna vozila ponekad mogu spontano da se zapale dok miruju, čineći vesti još istaknutijim.

Uobičajeni razlozi ovih incidenata „termičkog bijega“ spadaju u dvije kategorije: vanjske prijetnje i unutrašnje brige. Vanjske prijetnje uključuju mehaničku, termičku i električnu zloupotrebu, obično zbog nesreća, visokih temperatura, prekomjernog punjenja ili pražnjenja. Osim što se zapalio nakon ozbiljnog sudara tokom saobraćajnih incidenata, NIO je također prijavio događaj spontanog izgaranja ES8 EV u 2019. tokom održavanja zbog kratkog spoja uzrokovanog kompresijom strukture baterije nakon udara u šasiju. Gotovo svi ostali kineski proizvođači električnih vozila prijavili su slične slučajeve.

Takozvane unutrašnje brige su višestruke. Postojeće litijum-jonske baterije, sastavljene uglavnom od pozitivnih i negativnih elektroda, separatora i elektrolita, predstavljaju svoje jedinstvene opasnosti. Na primjer, fenomen litijumske prevlake nastaje kada se litijum ioni koji se kreću unutar baterije akumuliraju na tankoj membrani koja razdvaja elektrode, formirajući litijum dendrite. Ovi dendriti mogu probiti membranu, uzrokujući kratki spoj i brzu akumulaciju topline.

Stoga su integritet strukture baterije i kvalitet separatora ključne determinante sigurnosti baterije. Visokokvalitetne baterije se podvrgavaju rigoroznom testiranju prije nego što napuste tvornicu, uključujući test „probijanja noktiju“ (iako nije univerzalno obavezan) usmjeren na kratki spoj oštećenjem integriteta pozitivne i negativne elektrode i separatora.

Imajući ovo na umu, čini se da je prirodan put ka poboljšanju sigurnosti jasan: zamijenite zapaljivi organski elektrolit nepokretnim, termički stabilnim čvrstim materijalom koji ne curi. Solid-state baterije postale su očigledna „sljedeća stanica“ u mapi puta industrije baterija za njihovu sigurnost i gustinu energije. Međutim, put ka širokom usvajanju pokazao se neuhvatljivim. Uprkos tome što je Nacionalna laboratorija SAD Oak Ridge stvorila prvu solid-state bateriju još 1990. godine, postojale su stalne tehnološke prepreke.

U svijetu solid-state baterija postoje tri glavna sistema za čvrste elektrolitne materijale: polimere, okside i sulfide. Svaki od njih ima svoje prednosti i slabosti i svi se moraju boriti sa izazovima skalabilnosti proizvodnje i kontrole kvaliteta koji su svojstveni komercijalizaciji.

Skeptici se rugaju smanjenom dometu električnih vozila zimi zbog loših performansi tekućih baterija na niskim temperaturama, dok je potencijalni rizik od izgaranja tokom punjenja ljeti također zabrinjavajući. Ovo naglašava potrebu za sigurnijom, efikasnijom baterijom koja može podnijeti zahtjeve svih godišnjih doba.

Eksperimentiranje sa 3D štampanjem za stvaranje složenih struktura za čvrste elektrolite pokazalo je izvesno obećanje. Na primjer, istraživači sa Univerziteta u Oksfordu koristili su 3D štampanje da konstruišu trodimenzionalni okvir, napunjen čvrstim elektrolitom, kako bi poboljšali mehaničku čvrstoću i spriječili lako lomljenje. Slično, američka kompanija Sakuu koristi tehnologiju mlaza veziva da nanese potrebne materijale za elektrode i čvrste elektrolitne prahove na podlogu i "učvrsti" ih tečnim reagensima.

Iako 3D štampa može ponuditi sredstvo za proširenje kontaktne površine i kontrolu poroznosti materijala, još uvijek postoje velike prepreke koje treba savladati prije nego što se ove eksperimentalne tehnike mogu transformirati u održivo, masovno proizvedeno rješenje. Balansiranje performansi i troškova, postizanje skalabilnosti i održavanje strogih standarda kontrole kvaliteta su izazovi koji ova obećavajuća rješenja drže u laboratoriji, a ne na putu.

Dok jurimo u sve više električnu budućnost, inherentni rizici i stalna težnja za poboljšanim sigurnosnim mjerama drže industriju u stanju kretanja. Uprkos zastrašujućim izazovima, marš ka sigurnijoj, efikasnijoj industriji električnih vozila se nastavlja, potaknut nemilosrdnim inovacijama i posvećenošću održivoj budućnosti. Kao i uvijek, New Yorker će budno pratiti ovaj razvoj događaja, spreman da ponudi uvid i analizu na putu koji je pred nama.