Que se passe-t-il lorsqu'une batterie de VE brûle ?

Lorsqu'une batterie de VE brûle, cela est généralement dû à un phénomène appelé "emballement thermique". En termes simplifiés, il s'agit d'une réaction en chaîne qui commence lorsqu'une cellule de la batterie surchauffe pour une raison quelconque, souvent à cause de dommages physiques externes, d'une surchauffe ou d'une surcharge (appelés «dommages externes»). Parfois, il peut être déclenché par un problème interne tel que des défauts de fabrication ou un court-circuit dans la cellule de la batterie (appelé « problèmes internes »).

Une batterie de VE brûlante peut être particulièrement préoccupante car, contrairement à une voiture à moteur à combustion interne traditionnelle, les batteries des VE parcourent souvent la longueur du véhicule. Une fois qu'une cellule d'une batterie de véhicule électrique prend feu, la chaleur peut également provoquer l'incendie des cellules voisines, entraînant une réaction en chaîne qui peut rapidement engloutir toute la batterie et potentiellement tout le véhicule.

Pour aggraver le problème, le type de batterie le plus couramment utilisé dans les véhicules électriques d'aujourd'hui, la batterie lithium-ion, contient des électrolytes liquides organiques inflammables. Cela rend ces batteries plus susceptibles de prendre feu et d'exploser lorsqu'elles sont endommagées ou mal manipulées. De plus, il existe un risque spécifique appelé "dendrites de lithium", qui sont de minuscules projections en forme d'aiguilles qui peuvent se développer sur l'anode pendant la charge. Si ces dendrites grossissent suffisamment, elles peuvent percer le séparateur, provoquant un court-circuit et pouvant conduire à une situation d'emballement thermique.

Par conséquent, l'intégrité de la structure de la batterie et la qualité des séparateurs sont des facteurs cruciaux pour assurer la sécurité d'une batterie de VE. Ainsi, les batteries de qualité subissent divers tests de résistance avant de quitter l'usine, y compris un test de « crevaison » qui simule un court-circuit causé par l'endommagement simultané des électrodes positives et négatives et du séparateur.

Malgré ce qui précède, il est important de noter que l'emballement thermique dans les véhicules électriques est relativement rare, et de nombreux fabricants, chercheurs et institutions travaillent avec diligence pour améliorer encore la sécurité de ces batteries. Une approche est le développement de batteries à semi-conducteurs, qui remplacent l'électrolyte liquide inflammable par un solide ininflammable. Cependant, à partir de 2023, ces batteries sont encore largement au stade de la recherche et du développement.

Au début d'août 2023, un NIO ES8 est entré en collision avec un pilier de route dans le Zhejiang, en Chine, et a pris feu en quelques secondes, coûtant la vie au conducteur. L'incident est toujours sous enquête. Quelques jours auparavant, fin juillet, une Tesla Model Y et une berline Audi sont entrées en collision à Dongguan, Guangdong. La Tesla a perdu le contrôle, a heurté un garde-corps et a pris feu.

Rembobinez un peu plus loin et nous trouvons une station d'échange de batterie NIO AUTO à Jiangmen, Guangdong, en feu. La cause? La batterie d'un utilisateur de NIO, identifiée à distance comme endommagée par des forces extérieures, a pris feu lors d'une inspection lors de son retour à la station.

Ce sont les scénarios cauchemardesques que de nombreux passionnés d'essence résistants à l'adoption des véhicules électriques (VE) ont imaginés, et le plus difficile à atténuer : la sécurité des batteries de VE. Cette crainte n'est pas sans fondement; les incendies de batterie peuvent être plus alarmants dans les véhicules électriques que dans les voitures conventionnelles. Par exemple, la batterie d'un véhicule électrique est intégrée dans tout le véhicule, ce qui la rend sujette à une combustion totale en cas d'incendie. Encore plus troublant, alors que les incendies de véhicules conventionnels sont généralement associés à des accidents de la circulation, les véhicules électriques peuvent parfois s'enflammer spontanément au repos, ce qui rend les nouvelles plus pertinentes.

Les raisons courantes de ces incidents « d'emballement thermique » se répartissent en deux catégories : les menaces externes et les inquiétudes internes. Les menaces externes impliquent des abus mécaniques, des abus thermiques et des abus électriques, généralement dus à des accidents, des températures élevées, une surcharge ou une décharge. En plus de prendre feu lors d'une collision grave lors d'incidents de circulation, NIO a également signalé un événement de combustion spontanée d'un ES8 EV en 2019 lors de la maintenance en raison d'un court-circuit causé par la compression de la structure de la batterie suite à un impact sur le châssis. Presque tous les autres fabricants chinois de véhicules électriques ont signalé des cas similaires.

Les soi-disant soucis internes ont de multiples facettes. Les batteries lithium-ion actuelles, composées principalement d'électrodes positives et négatives, de séparateurs et d'électrolyte, présentent leurs propres risques uniques. Par exemple, le phénomène de placage au lithium se produit lorsque des ions lithium se déplaçant à l'intérieur de la batterie s'accumulent sur la fine membrane séparant les électrodes, formant des dendrites de lithium. Ces dendrites peuvent percer la membrane, provoquant un court-circuit et une accumulation rapide de chaleur.

Par conséquent, l'intégrité de la structure de la batterie et la qualité du séparateur sont des déterminants cruciaux de la sécurité de la batterie. Les batteries de haute qualité subissent des tests rigoureux avant de quitter l'usine, y compris un test de "pénétration des clous" (bien que non universellement obligatoire) visant à court-circuiter en endommageant l'intégrité des électrodes positives et négatives et du séparateur.

Dans cette optique, la voie naturelle vers l'amélioration de la sécurité semble claire : remplacer l'électrolyte organique inflammable par un matériau solide immobile, sans fuite et thermiquement stable. Les batteries à semi-conducteurs sont devenues la « prochaine station » évidente dans la feuille de route de l'industrie des batteries pour leur sécurité et leur densité énergétique. Cependant, le chemin vers une adoption généralisée s'est avéré insaisissable. Bien que le laboratoire national américain d'Oak Ridge ait créé la première batterie à semi-conducteurs dès 1990, des obstacles technologiques constants ont persisté.

Dans le monde des batteries à semi-conducteurs, il existe trois systèmes principaux pour les matériaux à électrolyte solide : les polymères, les oxydes et les sulfures. Chacun a ses propres forces et faiblesses, et tous doivent faire face aux défis d'évolutivité de la production et de contrôle de la qualité inhérents à la commercialisation.

Les sceptiques se moquent de l'autonomie réduite des véhicules électriques en hiver en raison des faibles performances à basse température des batteries liquides actuelles, tandis que le risque potentiel de combustion pendant la charge en été est également préoccupant. Cela souligne le besoin d'une batterie plus sûre et plus efficace qui peut gérer les exigences de toutes les saisons.

L'expérimentation de l'impression 3D pour créer des structures complexes pour les électrolytes solides s'est révélée prometteuse. Par exemple, des chercheurs de l'Université d'Oxford ont utilisé l'impression 3D pour construire un cadre en trois dimensions, rempli d'un électrolyte solide, afin d'améliorer la résistance mécanique et d'empêcher une rupture facile. De même, la société américaine Sakuu utilise la technologie de projection de liant pour déposer les matériaux d'électrode requis et les poudres d'électrolyte solide sur un substrat et les « solidifier » avec des réactifs liquides.

Bien que l'impression 3D puisse offrir un moyen d'étendre la zone de contact de l'interface et de contrôler la porosité du matériau, il reste encore des obstacles majeurs à surmonter avant que ces techniques expérimentales puissent être transformées en une solution viable et produite en série. Équilibrer les performances et les coûts, atteindre l'évolutivité et maintenir des normes de contrôle qualité strictes sont les défis imminents qui maintiennent ces solutions prometteuses en laboratoire plutôt que sur la route.

Alors que nous nous précipitons vers un avenir de plus en plus électrique, les risques inhérents et la recherche constante de mesures de sécurité améliorées maintiennent l'industrie dans un état de flux. Malgré les défis de taille, la marche vers une industrie des véhicules électriques plus sûre et plus efficace se poursuit, alimentée par une innovation incessante et un engagement envers un avenir durable. Comme toujours, le New Yorker gardera un œil attentif sur ces développements, prêt à offrir un aperçu et une analyse du voyage à venir.