وقتی باتری EV می سوزد چه اتفاقی می افتد؟

هنگامی که باتری EV می سوزد، معمولاً به دلیل پدیده ای به نام "فرار حرارتی" است. به عبارت ساده‌تر، این یک واکنش زنجیره‌ای است که زمانی شروع می‌شود که یک سلول در باتری به دلایلی بیش از حد گرم می‌شود، اغلب به دلیل آسیب فیزیکی خارجی، گرم شدن بیش از حد، یا شارژ بیش از حد (که به عنوان «مضرات خارجی» شناخته می‌شود). گاهی اوقات، ممکن است توسط یک مشکل داخلی مانند نقص تولید یا یک اتصال کوتاه در سلول باتری (به عنوان "نگرانی های داخلی") ایجاد شود.

سوختن باتری EV می تواند به ویژه نگران کننده باشد، زیرا برخلاف خودروهای موتور احتراق داخلی سنتی، باتری های خودروهای برقی اغلب در طول خودرو کار می کنند. هنگامی که یک سلول در بسته باتری EV آتش می گیرد، گرما می تواند باعث آتش گرفتن سلول های مجاور نیز شود که منجر به یک واکنش زنجیره ای می شود که می تواند به سرعت کل بسته باتری و به طور بالقوه کل وسیله نقلیه را در بر گیرد.

برای تشدید مشکل، رایج ترین نوع باتری مورد استفاده در خودروهای الکتریکی امروزی، باتری لیتیوم یونی، حاوی الکترولیت های مایع آلی قابل اشتعال است. این باعث می‌شود این باتری‌ها در صورت آسیب دیدن یا استفاده نادرست در معرض آتش گرفتن و انفجار باشند. علاوه بر این، خطر خاصی به نام "دندریت های لیتیوم" وجود دارد که برآمدگی های سوزنی مانندی هستند که می توانند در حین شارژ روی آند ایجاد شوند. اگر این دندریت ها به اندازه کافی بزرگ شوند، می توانند جداکننده را سوراخ کنند و باعث اتصال کوتاه شوند و احتمالاً منجر به یک وضعیت فرار حرارتی شوند.

بنابراین، یکپارچگی ساختار باتری و کیفیت جداکننده‌ها فاکتورهای حیاتی در تضمین ایمنی باتری EV هستند. به این ترتیب، باتری‌های باکیفیت قبل از خروج از کارخانه، تحت آزمایش‌های استرس مختلفی قرار می‌گیرند، از جمله آزمایش «پنچری» که اتصال کوتاه ناشی از آسیب همزمان به الکترودهای مثبت و منفی و جداکننده را شبیه‌سازی می‌کند.

علی‌رغم موارد فوق، توجه به این نکته مهم است که فرار حرارتی در خودروهای برقی نسبتاً نادر است و بسیاری از تولیدکنندگان، محققان و مؤسسات با پشتکار تلاش می‌کنند تا ایمنی این باتری‌ها را بهبود بخشند. یک رویکرد توسعه باتری های حالت جامد است که الکترولیت مایع قابل اشتعال را با یک جامد غیر قابل اشتعال جایگزین می کند. با این حال، از سال 2023، این باتری ها هنوز تا حد زیادی در مرحله تحقیق و توسعه هستند.

در روزهای ابتدایی آگوست 2023، یک NIO ES8 با یک ستون جاده در ژجیانگ چین برخورد کرد و در عرض چند ثانیه آتش گرفت و جان راننده را گرفت. حادثه هنوز تحت تحقیق و بررسی است. چند روز قبل، در اواخر جولای، یک دستگاه تسلا مدل Y و یک سدان آئودی در شهر دونگوان، گوانگدونگ با هم برخورد کردند. تسلا کنترل خود را از دست داد، به نرده محافظ برخورد کرد و آتش گرفت.

کمی جلوتر بروید و یک ایستگاه تعویض باتری NIO AUTO در جیانگمن، گوانگدونگ، شعله‌ور شده است. دلیل؟ باتری یک کاربر NIO که از راه دور توسط نیروهای خارجی آسیب دیده بود، در هنگام بازرسی پس از بازگشت به ایستگاه آتش گرفت.

اینها سناریوهای کابوس‌آمیزی هستند که بسیاری از علاقه‌مندان به بنزین مقاوم در برابر وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) تصور کرده‌اند، و سخت‌ترین آنها کاهش آن: ایمنی باتری‌های EV است. این ترس بی اساس نیست. آتش سوزی باتری در خودروهای برقی نسبت به خودروهای معمولی هشدار دهنده تر است. به عنوان مثال، باتری یک خودروی برقی در سرتاسر خودرو یکپارچه شده است و آن را مستعد احتراق کامل در صورت آتش سوزی می کند. حتی ناراحت‌کننده‌تر، در حالی که آتش‌سوزی وسایل نقلیه معمولی معمولاً با تصادفات رانندگی همراه است، خودروهای برقی گاهی اوقات می‌توانند به‌طور خودبه‌خودی در حالت استراحت احتراق کنند و اخبار را برجسته‌تر کنند.

دلایل رایج این حوادث "فرار حرارتی" به دو دسته تقسیم می شوند: تهدیدهای خارجی و نگرانی های داخلی. تهدیدهای خارجی شامل سوء استفاده مکانیکی، سوء استفاده حرارتی و سوء استفاده الکتریکی معمولاً به دلیل تصادفات، درجه حرارت بالا، شارژ بیش از حد یا تخلیه است. علاوه بر آتش گرفتن در اثر برخورد شدید در هنگام حوادث ترافیکی، NIO همچنین یک رویداد احتراق خود به خودی ES8 EV در سال 2019 در حین تعمیر و نگهداری به دلیل اتصال کوتاه ناشی از فشرده‌سازی ساختار بسته باتری به دنبال ضربه شاسی گزارش کرد. تقریباً سایر سازندگان چینی EV موارد مشابهی را گزارش کرده اند.

به اصطلاح نگرانی های داخلی چند وجهی است. باتری‌های لیتیوم یون فعلی که عمدتاً از الکترودهای مثبت و منفی، جداکننده‌ها و الکترولیت تشکیل شده‌اند، خطرات منحصر به فرد خود را دارند. برای مثال، پدیده آبکاری لیتیوم زمانی اتفاق می‌افتد که یون‌های لیتیوم در حال حرکت در باتری روی غشای نازکی که الکترودها را جدا می‌کند جمع می‌شوند و دندریت‌های لیتیومی را تشکیل می‌دهند. این دندریت ها می توانند غشاء را سوراخ کرده و باعث اتصال کوتاه و تجمع سریع گرما شوند.

از این رو، یکپارچگی ساختار باتری و کیفیت جداکننده از عوامل تعیین کننده ایمنی باتری هستند. باتری‌های باکیفیت قبل از خروج از کارخانه تحت آزمایش‌های دقیق قرار می‌گیرند، از جمله آزمایش «نفوذ میخ» (اگرچه به طور کلی اجباری نیست) با هدف اتصال کوتاه با آسیب رساندن به یکپارچگی الکترودهای مثبت و منفی و جداکننده.

با در نظر گرفتن این موضوع، مسیر طبیعی بهبود ایمنی روشن به نظر می رسد: الکترولیت آلی قابل اشتعال را با یک ماده جامد غیر متحرک، بدون نشتی و از نظر حرارتی پایدار جایگزین کنید. باتری‌های حالت جامد به دلیل ایمنی و چگالی انرژی به «ایستگاه بعدی» آشکار در نقشه راه صنعت باتری تبدیل شده‌اند. با این حال، سفر به پذیرش گسترده ثابت شده است که دست نیافتنی است. علیرغم اینکه آزمایشگاه ملی اوک ریج ایالات متحده اولین باتری حالت جامد را در اوایل سال 1990 ایجاد کرد، موانع تکنولوژیکی ثابت همچنان پابرجاست.

در دنیای باتری های حالت جامد، سه سیستم اصلی برای مواد الکترولیت جامد وجود دارد: پلیمرها، اکسیدها و سولفیدها. هر کدام نقاط قوت و ضعف خود را دارند و همه باید با مقیاس پذیری تولید و چالش های کنترل کیفیت ذاتی تجاری سازی مقابله کنند.

افراد بدبین به کاهش برد خودروهای الکتریکی در زمستان به دلیل عملکرد ضعیف باتری های مایع فعلی در دمای پایین مسخره می کنند، در حالی که خطر احتمالی احتراق هنگام شارژ در تابستان نیز نگران کننده است. این امر نیاز به باتری ایمن تر و کارآمدتر را نشان می دهد که بتواند نیازهای تمام فصول را برطرف کند.

آزمایش با پرینت سه بعدی برای ایجاد ساختارهای پیچیده برای الکترولیت های جامد تا حدودی امیدوار کننده است. به عنوان مثال، محققان دانشگاه آکسفورد از چاپ سه بعدی برای ساخت یک چارچوب سه بعدی پر از الکترولیت جامد برای بهبود استحکام مکانیکی و جلوگیری از شکستگی آسان استفاده کرده اند. به طور مشابه، شرکت آمریکایی Sakuu از فناوری بایندر جتینگ برای رسوب مواد الکترود مورد نیاز و پودرهای الکترولیت جامد بر روی یک بستر و "انجماد" آنها با معرف های مایع استفاده می کند.

در حالی که چاپ سه بعدی ممکن است وسیله ای برای گسترش سطح تماس رابط و کنترل تخلخل مواد باشد، هنوز موانع بزرگی وجود دارد که قبل از تبدیل این تکنیک های آزمایشی به یک راه حل قابل دوام و تولید انبوه، باید بر آنها غلبه کرد. متعادل کردن عملکرد و هزینه، دستیابی به مقیاس پذیری، و حفظ استانداردهای کنترل کیفیت دقیق، چالش های پیش رو هستند که این راه حل های امیدوارکننده را در آزمایشگاه نگه می دارند تا در جاده ها.

همانطور که ما به سوی آینده ای فزاینده الکتریکی پیش می رویم، خطرات ذاتی و پیگیری مداوم اقدامات ایمنی بهبود یافته، صنعت را در حالت نوسان نگه می دارد. علیرغم چالش‌های دلهره‌آور، راهپیمایی به سمت صنعت خودروهای الکتریکی ایمن‌تر و کارآمدتر ادامه دارد که با نوآوری بی‌وقفه و تعهد به آینده‌ای پایدار تغذیه می‌شود. مانند همیشه، نیویورکر چشم دقیق خود را به این تحولات خواهد داشت و آماده ارائه بینش و تحلیل در سفر پیش رو است.