Mi történik, ha egy elektromos autó akkumulátora leég?

Amikor egy elektromos autó akkumulátora leég, az általában a „termikus kifutásnak” nevezett jelenségnek köszönhető. Leegyszerűsítve ez egy láncreakció, amely akkor kezdődik, amikor az akkumulátor cellája valamilyen okból túlmelegszik, gyakran külső fizikai sérülés, túlmelegedés vagy túltöltés miatt (ezt „külső ártalmaknak” nevezzük). Néha belső probléma, például gyártási hibák vagy az akkumulátorcellán belüli rövidzárlat válthatja ki (ezt „belső gondoknak” nevezik).

Az égő elektromos autó akkumulátora különösen aggasztó lehet, mivel a hagyományos belső égésű motoros autókkal ellentétben az elektromos járművek akkumulátorai gyakran a jármű hosszát kimerítik. Ha egy elektromos autó akkumulátorcsomag egyik cellája kigyullad, a hő hatására a közeli cellák is meggyulladhatnak, ami láncreakcióhoz vezethet, amely gyorsan bekebelezheti az egész akkumulátorcsomagot, és esetleg az egész járművet.

A probléma súlyosbítása érdekében a mai elektromos járművekben leggyakrabban használt akkumulátortípus, a lítium-ion akkumulátor gyúlékony szerves folyékony elektrolitokat tartalmaz. Ezáltal ezek az akkumulátorok hajlamosabbak meggyulladni és felrobbanni, ha sérültek vagy nem megfelelően kezelik őket. Ezenkívül van egy speciális kockázat, amelyet „lítium-dendriteknek” neveznek, amelyek apró, tűszerű kiemelkedések, amelyek a töltés során kialakulhatnak az anódon. Ha ezek a dendritek elég nagyra nőnek, átszúrhatják a szeparátort, rövidzárlatot okozva, és esetleg termikus kifutási helyzethez vezethetnek.

Ezért az akkumulátor szerkezetének integritása és az elválasztók minősége döntő tényező az elektromos járművek akkumulátorának biztonsága szempontjából. Mint ilyen, a minőségi akkumulátorok különböző terhelési teszteken esnek át, mielőtt elhagyják a gyárat, beleértve a „lyukasztási” tesztet, amely a pozitív és negatív elektródák és a szeparátor egyidejű károsodása által okozott rövidzárlatot szimulálja.

A fentiek ellenére fontos megjegyezni, hogy az elektromos járművekben viszonylag ritka a hőkezelés, és sok gyártó, kutató és intézmény szorgalmasan dolgozik ezen akkumulátorok biztonságának további javításán. Az egyik megközelítés a szilárdtest akkumulátorok kifejlesztése, amelyek a gyúlékony folyékony elektrolitot nem gyúlékony szilárdra cserélik. 2023-ban azonban ezek az akkumulátorok még mindig nagyrészt kutatási és fejlesztési szakaszban vannak.

2023 augusztusának első napjaiban egy NIO ES8 ütközött egy útoszlopnak a kínai Zhejiangban, és másodperceken belül lángra lobbant, és a sofőr életét követelte. Az esetet még vizsgálják. Néhány nappal korábban, július végén egy Tesla Model Y és egy Audi szedán ütközött a guangdong-i Dongguanban. A Tesla elvesztette az irányítást, nekiütközött egy korlátnak, és lángra lobbant.

Tekerjünk tovább egy kicsit, és egy NIO AUTO akkumulátorcsere állomást találunk Jiangmenben, Guangdongban, lángokban. Az OK? Egy NIO-felhasználó akkumulátora, amelyről távolról azonosították, hogy külső erők megsérültek, az állomásra való visszatéréskor kigyulladt az ellenőrzés során.

Ezek azok a rémálomszerű forgatókönyvek, amelyeket sok benzinrajongó, aki ellenáll az elektromos járművek (EV) ölelésének, elképzelte, és a legnehezebb enyhíteni: az elektromos járművek akkumulátorainak biztonsága. Ez a félelem nem alaptalan; Az akkumulátorok tüzei riasztóbbak lehetnek az elektromos járművekben, mint a hagyományos autókban. Például az elektromos járművek akkumulátora az egész járműbe be van építve, így tűz esetén hajlamos a teljes égésre. Még ennél is nyugtalanítóbb, hogy míg a hagyományos járműtüzek általában közlekedési balesetekhez kapcsolódnak, az elektromos járművek néha spontán kigyulladhatnak nyugalmi állapotban, így a hírek még hangsúlyosabbak.

Ezeknek a „termikus menekülési” eseményeknek a gyakori okai két kategóriába sorolhatók: külső fenyegetések és belső aggodalmak. A külső veszélyek közé tartozik a mechanikai visszaélés, a hővel való visszaélés és az elektromos visszaélés, jellemzően balesetek, magas hőmérséklet, túltöltés vagy kisütés miatt. A közlekedési események során bekövetkezett súlyos ütközéseken túl a NIO egy ES8 EV spontán égéséről is beszámolt 2019-ben a karbantartás során, ami egy rövidzárlat miatt következett be, amelyet az akkumulátoregység szerkezetének összenyomódása okozott az alváz ütközését követően. Szinte az összes többi kínai elektromos járműgyártó számolt be hasonló esetekről.

Az úgynevezett belső aggodalmak sokrétűek. A jelenlegi lítium-ion akkumulátorok, amelyek főleg pozitív és negatív elektródákból, szeparátorokból és elektrolitokból állnak, sajátos veszélyeket rejtenek magukban. Például a lítium bevonat jelensége akkor fordul elő, amikor az akkumulátoron belül mozgó lítium-ionok felhalmozódnak az elektródákat elválasztó vékony membránon, és lítium-dendriteket képeznek. Ezek a dendritek átszúrhatják a membránt, rövidzárlatot és gyors hőfelhalmozódást okozva.

Ezért az akkumulátor szerkezetének integritása és az elválasztó minősége az akkumulátor biztonságának döntő meghatározói. A kiváló minőségű akkumulátorokat szigorú tesztelésnek vetik alá, mielőtt elhagyják a gyárat, beleértve a „szög áthatolási” tesztet (bár nem általánosan kötelező), amelynek célja a rövidzárlat a pozitív és negatív elektródák és a szeparátor integritásának károsodásával.

Ezt szem előtt tartva a biztonság javításának természetes útja egyértelműnek tűnik: cserélje ki a gyúlékony szerves elektrolitot egy mozdulatlan, nem szivárgó, hőstabil szilárd anyagra. A szilárdtest-akkumulátorok a biztonságuk és az energiasűrűségük tekintetében az akkumulátoripar útitervének nyilvánvaló „következő állomásává” váltak. A széles körű elfogadás felé vezető út azonban megfoghatatlannak bizonyult. Annak ellenére, hogy az Egyesült Államok Oak Ridge Nemzeti Laboratóriuma már 1990-ben megalkotta az első szilárdtestalapú akkumulátort, továbbra is fennálltak a technológiai akadályok.

A szilárdtest akkumulátorok világában három fő rendszer létezik a szilárd elektrolit anyagok számára: polimerek, oxidok és szulfidok. Mindegyiknek megvannak a maga erősségei és gyengeségei, és mindegyiknek meg kell küzdenie a termelés skálázhatóságával és a minőség-ellenőrzési kihívásokkal, amelyek a kereskedelmi forgalomba hozatalban rejlenek.

A szkeptikusok kigúnyolják az elektromos járművek télen lecsökkent hatótávolságát a jelenlegi folyékony akkumulátorok gyenge alacsony hőmérsékletű teljesítménye miatt, miközben a nyári töltés során felmerülő égésveszély is aggodalomra ad okot. Ez aláhúzza a biztonságosabb, hatékonyabb akkumulátor szükségességét, amely minden évszak igényeit képes kezelni.

A 3D nyomtatással végzett kísérletek a szilárd elektrolitok összetett szerkezetének létrehozására ígéretesnek bizonyultak. Az Oxfordi Egyetem kutatói például 3D nyomtatást használtak egy háromdimenziós, szilárd elektrolittal töltött váz létrehozására, hogy javítsák a mechanikai szilárdságot és megakadályozzák a könnyű repedést. Hasonlóképpen, az amerikai Sakuu cég kötőanyag-sugárzó technológiát használ a szükséges elektródaanyagok és szilárd elektrolitporok szubsztrátumra történő felhordására és folyékony reagensekkel történő „megszilárdítására”.

Noha a 3D nyomtatás lehetőséget kínálhat az interfész érintkezési felületének bővítésére és az anyag porozitásának szabályozására, még mindig komoly akadályokat kell leküzdeni, mielőtt ezek a kísérleti technikák életképes, tömegesen gyártott megoldássá válnának. A teljesítmény és a költségek kiegyensúlyozása, a skálázhatóság elérése és a szigorú minőség-ellenőrzési szabványok betartása azok a fenyegető kihívások, amelyek ezeket az ígéretes megoldásokat a laboratóriumban tartják, nem pedig az úton.

Ahogy versenyzünk egy egyre elektromosabb jövő felé, a benne rejlő kockázatok és a fokozott biztonsági intézkedések folyamatos törekvése folyamatosan változó állapotban tartja az ipart. Az ijesztő kihívások ellenére folytatódik a biztonságosabb, hatékonyabb elektromos járműipar felé vezető út, amelyet a könyörtelen innováció és a fenntartható jövő iránti elkötelezettség hajt. Mint mindig, a New Yorker folyamatosan figyelemmel kíséri ezeket a fejleményeket, készen áll arra, hogy betekintést és elemzést nyújtson az előttünk álló utazásról.