Mitä tapahtuu, kun sähköauton akku palaa?

Kun sähköauton akku palaa, se johtuu tyypillisesti ilmiöstä, jota kutsutaan "lämpökarkaamiseksi". Yksinkertaistetusti se on ketjureaktio, joka alkaa, kun akun kenno ylikuumenee jostain syystä, usein ulkoisen fyysisen vaurion, ylikuumenemisen tai ylilatauksen vuoksi (kutsutaan "ulkoiseksi haitaksi"). Joskus sen voi laukaista sisäinen ongelma, kuten valmistusvirheet tai oikosulku akkukennossa (kutsutaan "sisäisiksi huoleksi").

Polttava sähköauton akku voi olla erityisen huolestuttava, koska toisin kuin perinteisessä polttomoottoriautossa, sähköautojen akut kestävät usein ajoneuvon pituuden. Kun yksi kenno sähköauton akussa syttyy tuleen, lämpö voi sytyttää myös lähellä olevat kennot, mikä johtaa ketjureaktioon, joka voi nopeasti niellä koko akun ja mahdollisesti koko ajoneuvon.

Ongelmaa pahentaa se, että yleisin nykyajan sähköautoissa käytetty akku, litiumioniakku, sisältää syttyviä orgaanisia nestemäisiä elektrolyyttejä. Tämä tekee näistä akuista alttiimpia syttymään tuleen ja räjähtämään, kun niitä vaurioitetaan tai niitä käsitellään väärin. Lisäksi on olemassa erityinen riski, jota kutsutaan "litiumdendriiteiksi", jotka ovat pieniä, neulamaisia ​​ulokkeita, jotka voivat kehittyä anodille latauksen aikana. Jos nämä dendriitit kasvavat riittävän suuriksi, ne voivat lävistää erottimen aiheuttaen oikosulun ja mahdollisesti termisen karantumistilanteen.

Siksi akkurakenteen eheys ja erottimien laatu ovat tärkeitä tekijöitä sähköauton akun turvallisuuden varmistamisessa. Sellaisenaan laadukkaat akut käyvät läpi erilaisia ​​stressitestejä ennen tehtaalta lähtöä, mukaan lukien "puhkaisutesti", joka simuloi oikosulkua, joka aiheutuu positiivisen ja negatiivisen elektrodin ja erottimen samanaikaisesta vauriosta.

Yllä olevasta huolimatta on tärkeää huomata, että sähköautoissa tapahtuva lämpökarkailu on suhteellisen harvinaista, ja monet valmistajat, tutkijat ja laitokset työskentelevät ahkerasti parantaakseen näiden akkujen turvallisuutta entisestään. Yksi lähestymistapa on solid-state-akkujen kehittäminen, jotka korvaavat palavan nestemäisen elektrolyytin palamattomalla kiinteällä elektrolyytillä. Vuodesta 2023 lähtien nämä akut ovat kuitenkin edelleen suurelta osin tutkimus- ja kehitysvaiheessa.

Elokuun 2023 alkupäivinä NIO ES8 törmäsi tiepylvääseen Zhejiangissa Kiinassa ja syttyi liekkeihin muutamassa sekunnissa ja vaati kuljettajan hengen. Tapauksen tutkinta on edelleen kesken. Vain päiviä aiemmin, heinäkuun lopulla, Tesla Model Y ja Audi-sedan törmäsivät Dongguanissa, Guangdongin osavaltiossa. Tesla menetti hallinnan, osui suojakaiteeseen ja syttyi tuleen.

Kelaa hieman taaksepäin, ja löydämme NIO AUTOn akunvaihtoaseman Jiangmenista, Guangdongin osavaltiosta, liekeissä. Syy? NIO-käyttäjän akku, joka etäältä tunnistettiin ulkoisten voimien vaurioituneeksi, syttyi palamaan tarkastuksen aikana palattuaan asemalle.

Nämä ovat painajaisskenaarioita, joita monet sähköajoneuvojen syleilyä vastustavat bensiiniharrastajat ovat kuvitelleet ja joita on vaikein lieventää: sähköautojen akkujen turvallisuus. Tämä pelko ei ole perusteeton; Akkupalot voivat olla hälyttävämpiä sähköautoissa kuin perinteisissä autoissa. Esimerkiksi sähköauton akku on integroitu koko ajoneuvoon, mikä tekee siitä alttiita täydelliselle palamiselle tulipalon sattuessa. Vielä huolestuttavampaa on, että vaikka tavanomaiset ajoneuvopalot yhdistetään yleensä liikenneonnettomuuksiin, sähköautot voivat joskus syttyä itsestään levossa, mikä tekee uutisista näkyvämpiä.

Yleiset syyt näihin "lämpöpaon"-tapahtumiin jakautuvat kahteen luokkaan: ulkoiset uhat ja sisäiset huolet. Ulkoiset uhat sisältävät mekaanisen väärinkäytön, lämmön ja sähkön väärinkäytön, jotka johtuvat tyypillisesti onnettomuuksista, korkeista lämpötiloista, ylilatauksesta tai purkamisesta. Sen lisäksi, että NIO syttyi tuleen vakavassa törmäyksessä liikenneonnettomuuksissa, NIO ilmoitti myös ES8 EV:n itsestään syttymisestä vuonna 2019 huollon aikana, koska oikosulku johtui akun rakenteen puristumisesta alustatörmäyksen seurauksena. Melkein kaikki muut kiinalaiset sähköautojen valmistajat ovat raportoineet vastaavista tapauksista.

Niin sanotut sisäiset huolet ovat monitahoisia. Nykyiset litiumioniakut, jotka koostuvat pääasiassa positiivisista ja negatiivisista elektrodeista, erottimista ja elektrolyytistä, aiheuttavat omat ainutlaatuiset vaaransa. Esimerkiksi litiumpinnoitusilmiö tapahtuu, kun akussa liikkuvat litiumionit kerääntyvät elektrodeja erottavalle ohuelle kalvolle muodostaen litiumdendriittejä. Nämä dendriitit voivat lävistää kalvon aiheuttaen oikosulun ja nopean lämmön kertymisen.

Tästä syystä akun rakenteen eheys ja erottimen laatu ovat akun turvallisuuden kannalta ratkaisevia tekijöitä. Korkealaatuisille paristoille tehdään tiukka testaus ennen tehtaalta lähtöä, mukaan lukien "naulaläpäisytesti" (vaikkakaan ei yleisesti pakollinen), jonka tarkoituksena on oikosulku vaurioittamalla positiivisten ja negatiivisten elektrodien ja erottimen eheyttä.

Tämä huomioon ottaen luonnollinen tie turvallisuuden parantamiseen näyttää selvältä: korvaa syttyvä orgaaninen elektrolyytti liikkumattomalla, vuotamattomalla, lämpöstabiililla kiinteällä materiaalilla. Solid-state-akuista on tullut ilmeinen "seuraava asema" akkuteollisuuden etenemissuunnitelmassa niiden turvallisuuden ja energiatiheyden osalta. Matka laajaan käyttöön on kuitenkin osoittautunut vaikeaksi. Huolimatta siitä, että Yhdysvaltain Oak Ridge National Laboratory loi ensimmäisen solid-state-akun jo vuonna 1990, jatkuvat teknologiset esteet ovat jatkuneet.

Solid-state-akkujen maailmassa kiinteille elektrolyyttimateriaaleille on kolme pääjärjestelmää: polymeerit, oksidit ja sulfidit. Jokaisella on omat vahvuutensa ja heikkoutensa, ja kaikkien on kohdattava kaupallistamiseen liittyvät tuotannon skaalautuvuuden ja laadunvalvonnan haasteet.

Skeptikot pilkkaavat sähköajoneuvojen lyhennettyä kantamaa talvella nykyisten nesteakkujen heikon suorituskyvyn vuoksi alhaisessa lämpötilassa, ja myös mahdollinen palamisvaara latauksen aikana kesällä on huolenaihe. Tämä korostaa turvallisemman ja tehokkaamman akun tarvetta, joka kestää kaikkina vuodenaikoina.

Kokeilu 3D-tulostuksen kanssa monimutkaisten rakenteiden luomiseksi kiinteille elektrolyyteille on osoittanut lupauksia. Esimerkiksi Oxfordin yliopiston tutkijat ovat käyttäneet 3D-tulostusta rakentaakseen kolmiulotteisen rungon, joka on täytetty kiinteällä elektrolyytillä, parantamaan mekaanista lujuutta ja estämään helpon murtumisen. Vastaavasti yhdysvaltalainen Sakuu käyttää sideainesuihkutekniikkaa tarvittavien elektrodimateriaalien ja kiinteiden elektrolyyttijauheiden kerrostamiseen alustalle ja "kiinteyttämiseen" nestemäisillä reagensseilla.

Vaikka 3D-tulostus voi tarjota keinon laajentaa liitännän kosketusaluetta ja hallita materiaalin huokoisuutta, on vielä voitettava suuria esteitä, ennen kuin nämä kokeelliset tekniikat voidaan muuttaa elinkelpoiseksi, massatuotetuksi ratkaisuksi. Suorituksen ja kustannusten tasapainottaminen, skaalautuvuuden saavuttaminen ja tiukkojen laadunvalvontastandardien ylläpitäminen ovat uhkaavia haasteita, jotka pitävät nämä lupaavat ratkaisut laboratoriossa tien päällä.

Kun kilpailemme yhä sähköisempään tulevaisuuteen, luontaiset riskit ja jatkuva pyrkimys parantaa turvatoimia pitävät alan muuttuvassa tilassa. Pelottavista haasteista huolimatta matka kohti turvallisempaa ja tehokkaampaa sähköajoneuvoteollisuutta jatkuu säälimättömän innovaation ja sitoutumisen kestävään tulevaisuuteen tukemana. Kuten aina, New Yorker pitää silmällä näitä kehitystä ja on valmis tarjoamaan oivalluksia ja analyyseja tulevasta matkasta.