Co se stane, když se vypálí baterie EV?

Když se baterie EV spálí, je to obvykle způsobeno jevem nazývaným „tepelný únik“. Zjednodušeně řečeno, je to řetězová reakce, která začíná, když se článek v baterii z nějakého důvodu přehřeje, často kvůli vnějšímu fyzickému poškození, přehřátí nebo přebití (označované jako „externí poškození“). Někdy to může být vyvoláno vnitřním problémem, jako jsou výrobní vady nebo zkrat v článku baterie (označované jako „vnitřní starosti“).

Hořící baterie EV může být obzvláště znepokojující, protože na rozdíl od tradičních automobilů se spalovacím motorem baterie v EV často pokrývají délku vozidla. Jakmile se vznítí jeden článek baterie EV, může teplo způsobit vznícení i okolních článků, což vede k řetězové reakci, která může rychle pohltit celou baterii a potenciálně i celé vozidlo.

Aby se problém ještě zhoršil, nejběžnější typ baterie používaný v dnešních EV, lithium-iontová baterie, obsahuje hořlavé organické kapalné elektrolyty. Díky tomu jsou tyto baterie náchylnější k vznícení a explozi při poškození nebo nesprávné manipulaci. Kromě toho existuje specifické riziko zvané „lithiové dendrity“, což jsou drobné jehličkovité výběžky, které se mohou na anodě vyvinout během nabíjení. Pokud se tyto dendrity dostatečně zvětší, mohou prorazit separátor, způsobit zkrat a případně vést k tepelnému úniku.

Proto jsou integrita struktury baterie a kvalita separátorů rozhodujícími faktory pro zajištění bezpečnosti baterie EV. Kvalitní baterie jako takové procházejí před opuštěním továrny různými zátěžovými testy, včetně testu „propíchnutí“, který simuluje zkrat způsobený současným poškozením kladné a záporné elektrody a separátoru.

Navzdory výše uvedenému je důležité poznamenat, že tepelný únik v EV je poměrně vzácný a mnoho výrobců, výzkumníků a institucí pilně pracuje na dalším zlepšení bezpečnosti těchto baterií. Jedním z přístupů je vývoj polovodičových baterií, které nahrazují hořlavý kapalný elektrolyt nehořlavým pevným elektrolytem. Od roku 2023 jsou však tyto baterie stále převážně ve fázi výzkumu a vývoje.

V prvních dnech srpna 2023 NIO ES8 narazil do silničního sloupu v Zhejiang v Číně a během několika sekund vzplanul a vyžádal si život řidiče. Incident je stále v šetření. Jen několik dní předtím, koncem července, se v Dongguanu v Guangdongu srazily Tesla Model Y a sedan Audi. Tesla ztratila kontrolu, narazila do zábradlí a vzplanula.

Vraťte se o kousek dál a najdeme stanici pro výměnu baterií NIO AUTO v Jiangmen, Guangdong, v plamenech. Příčina? Baterie uživatele NIO, která byla na dálku identifikována jako poškozená vnějšími silami, začala hořet během kontroly po návratu na stanici.

Toto jsou scénáře noční můry, které si mnozí benzínoví nadšenci, kteří odolávají objetí elektrických vozidel (EV), představovali a které je nejtěžší zmírnit: bezpečnost baterií EV. Tento strach není neopodstatněný; Požáry baterií mohou být u elektromobilů více alarmující než u běžných automobilů. Například baterie v EV je integrována v celém vozidle, takže je náchylná k úplnému spálení v případě požáru. Ještě znepokojivější je, že zatímco konvenční požáry vozidel jsou obecně spojeny s dopravními nehodami, elektromobily se někdy mohou spontánně vznítit, když jsou v klidu, díky čemuž jsou zprávy význačnější.

Běžné důvody těchto incidentů „tepelného útěku“ spadají do dvou kategorií: vnější hrozby a vnitřní obavy. Vnější hrozby zahrnují mechanické zneužití, tepelné poškození a elektrické zneužití, obvykle v důsledku nehod, vysokých teplot, přebíjení nebo vybíjení. Kromě vzplanutí při vážné kolizi během dopravních nehod NIO také ohlásilo samovznícení ES8 EV v roce 2019 během údržby v důsledku zkratu způsobeného kompresí struktury baterie po nárazu podvozku. Téměř všichni ostatní čínští výrobci elektromobilů hlásili podobné případy.

Takzvané vnitřní starosti jsou mnohostranné. Současné lithium-iontové baterie, složené převážně z kladných a záporných elektrod, separátorů a elektrolytu, představují svá vlastní jedinečná nebezpečí. Například k fenoménu lithiového pokovování dochází, když se ionty lithia pohybující se uvnitř baterie hromadí na tenké membráně oddělující elektrody a vytvářejí lithiové dendrity. Tyto dendrity mohou prorazit membránu, způsobit zkrat a rychlou akumulaci tepla.

Integrita struktury baterie a kvalita separátoru jsou tedy rozhodujícími faktory bezpečnosti baterie. Vysoce kvalitní baterie procházejí před opuštěním továrny přísným testováním, včetně testu „proniknutí hřebíkem“ (ačkoli není všeobecně povinný), jehož cílem je zkratování poškozením integrity kladných a záporných elektrod a separátoru.

S ohledem na tuto skutečnost se přirozená cesta ke zlepšení bezpečnosti zdá jasná: nahradit hořlavý organický elektrolyt nepohyblivým, neprosakujícím, tepelně stabilním pevným materiálem. Pevné baterie se staly zřejmou „další stanicí“ v cestovní mapě bateriového průmyslu pro jejich bezpečnost a hustotu energie. Cesta k širokému přijetí se však ukázala jako prchavá. Přestože americká národní laboratoř Oak Ridge vytvořila první polovodičovou baterii již v roce 1990, stále přetrvávají technologické překážky.

Ve světě polovodičových baterií existují tři hlavní systémy pro materiály s pevným elektrolytem: polymery, oxidy a sulfidy. Každý z nich má své silné a slabé stránky a všichni se musí potýkat s problémy škálovatelnosti výroby a kontroly kvality, které jsou vlastní komercializaci.

Skeptici se vysmívají sníženému dojezdu elektrických vozidel v zimě kvůli špatnému výkonu současných kapalných baterií při nízkých teplotách, zatímco potenciální riziko spalování při nabíjení v létě je také problémem. To podtrhuje potřebu bezpečnější a účinnější baterie, která zvládne požadavky všech ročních období.

Experimentování s 3D tiskem za účelem vytvoření složitých struktur pro pevné elektrolyty se ukázalo jako slibné. Například vědci z Oxfordské univerzity použili 3D tisk ke konstrukci trojrozměrné konstrukce naplněné pevným elektrolytem, ​​aby zlepšili mechanickou pevnost a zabránili snadnému lámání. Podobně americká společnost Sakuu používá technologii tryskání pojiva k nanášení požadovaných elektrodových materiálů a pevných prášků elektrolytů na substrát a jejich „ztuhnutí“ pomocí kapalných činidel.

Zatímco 3D tisk může nabídnout prostředky k rozšíření kontaktní plochy rozhraní a kontrole poréznosti materiálu, stále existují velké překážky, které je třeba překonat, než budou tyto experimentální techniky transformovány do životaschopného, ​​sériově vyráběného řešení. Vyvážení výkonu a nákladů, dosažení škálovatelnosti a udržování přísných standardů kontroly kvality jsou rýsující se výzvy, které udržují tato slibná řešení v laboratoři spíše než na cestách.

Jak se řítíme do stále elektrické budoucnosti, inherentní rizika a neustálá snaha o vylepšená bezpečnostní opatření udržují průmysl ve stavu toku. Navzdory skličujícím výzvám pokračuje pochod směrem k bezpečnějšímu a účinnějšímu odvětví elektrických vozidel, poháněný neutuchajícími inovacemi a závazkem k udržitelné budoucnosti. Jako vždy bude New Yorker tento vývoj bedlivě sledovat, připraven nabídnout náhled a analýzu na další cestě.