Apa Yang Terjadi Saat Baterai EV Terbakar?

Saat baterai EV terbakar, biasanya hal itu disebabkan oleh fenomena yang disebut "pelarian termal". Sederhananya, ini adalah reaksi berantai yang dimulai saat sel dalam baterai menjadi terlalu panas karena beberapa alasan, seringkali karena kerusakan fisik eksternal, terlalu panas, atau pengisian daya yang berlebihan (disebut sebagai "kerusakan eksternal"). Terkadang, hal ini dapat dipicu oleh masalah internal seperti cacat produksi atau korsleting di dalam sel baterai (disebut sebagai “kekhawatiran internal”).

Baterai EV yang terbakar bisa sangat memprihatinkan karena, tidak seperti mobil mesin pembakaran internal tradisional, baterai pada EV sering kali bekerja sepanjang kendaraan. Begitu satu sel dalam paket baterai EV terbakar, panasnya dapat menyebabkan sel di dekatnya juga ikut terbakar, yang menyebabkan reaksi berantai yang dapat dengan cepat menelan seluruh paket baterai dan berpotensi, seluruh kendaraan.

Untuk menambah masalah, jenis baterai yang paling umum digunakan pada EV saat ini, baterai lithium-ion, mengandung elektrolit cair organik yang mudah terbakar. Hal ini membuat baterai ini lebih mudah terbakar dan meledak saat rusak atau tidak ditangani dengan benar. Selain itu, ada risiko khusus yang disebut "dendrit lithium", yang merupakan proyeksi kecil seperti jarum yang dapat berkembang di anoda selama pengisian. Jika dendrit ini tumbuh cukup besar, mereka dapat menembus pemisah, menyebabkan korsleting dan mungkin menyebabkan situasi pelarian termal.

Oleh karena itu, integritas struktur baterai dan kualitas separator merupakan faktor penting dalam memastikan keamanan baterai EV. Dengan demikian, baterai berkualitas menjalani berbagai uji tegangan sebelum meninggalkan pabrik, termasuk uji "tusukan" yang mensimulasikan korsleting yang disebabkan oleh kerusakan simultan pada elektroda dan pemisah positif dan negatif.

Terlepas dari hal di atas, penting untuk dicatat bahwa pelarian termal pada EV relatif jarang, dan banyak pabrikan, peneliti, dan institusi bekerja dengan giat untuk lebih meningkatkan keamanan baterai ini. Salah satu pendekatannya adalah pengembangan baterai solid-state, yang menggantikan elektrolit cair yang mudah terbakar dengan elektrolit padat yang tidak mudah terbakar. Namun, pada tahun 2023, sebagian besar baterai ini masih dalam tahap penelitian dan pengembangan.

Pada awal Agustus 2023, sebuah NIO ES8 bertabrakan dengan tiang jalan di Zhejiang, China, dan terbakar dalam hitungan detik, merenggut nyawa pengemudinya. Kejadian itu masih dalam penyelidikan. Beberapa hari sebelumnya, pada akhir Juli, Tesla Model Y dan sedan Audi bertabrakan di Dongguan, Guangdong. Tesla kehilangan kendali, menabrak pagar pembatas, dan terbakar.

Mundur sedikit lebih jauh, dan kami menemukan stasiun pertukaran baterai NIO AUTO di Jiangmen, Guangdong, terbakar. Penyebab? Baterai pengguna NIO, yang diidentifikasi dari jarak jauh rusak oleh kekuatan eksternal, terbakar selama pemeriksaan saat kembali ke stasiun.

Ini adalah skenario mimpi buruk yang dibayangkan oleh banyak penggemar bensin yang kebal terhadap pelukan kendaraan listrik (EV), dan yang paling sulit untuk dikurangi: keamanan baterai EV. Ketakutan ini bukannya tidak berdasar; kebakaran baterai bisa lebih mengkhawatirkan di EV daripada mobil konvensional. Misalnya, baterai dalam EV terintegrasi di seluruh kendaraan, sehingga rentan terhadap pembakaran total jika terjadi kebakaran. Bahkan lebih meresahkan, sementara kebakaran kendaraan konvensional umumnya dikaitkan dengan kecelakaan lalu lintas, EV terkadang dapat terbakar secara spontan saat istirahat, membuat berita lebih menonjol.

Alasan umum untuk insiden "pelarian termal" ini terbagi dalam dua kategori: ancaman eksternal dan kekhawatiran internal. Ancaman eksternal meliputi penyalahgunaan mekanis, penyalahgunaan termal, dan penyalahgunaan listrik, biasanya karena kecelakaan, suhu tinggi, pengisian daya yang berlebihan, atau pemakaian. Selain terbakar saat terjadi tabrakan parah selama insiden lalu lintas, NIO juga melaporkan peristiwa pembakaran spontan ES8 EV pada tahun 2019 selama perawatan karena korsleting yang disebabkan oleh kompresi struktur paket baterai setelah benturan pada sasis. Hampir semua pabrikan EV China lainnya telah melaporkan kasus serupa.

Apa yang disebut kekhawatiran internal memiliki banyak segi. Baterai lithium-ion saat ini, terutama terdiri dari elektroda positif dan negatif, pemisah, dan elektrolit, menghadirkan bahaya uniknya sendiri. Misalnya, fenomena pelapisan litium terjadi ketika ion litium yang bergerak di dalam baterai terakumulasi pada membran tipis yang memisahkan elektroda, membentuk dendrit litium. Dendrit ini dapat menembus membran, menyebabkan korsleting dan akumulasi panas yang cepat.

Oleh karena itu, integritas struktur baterai dan kualitas pemisah merupakan penentu penting keamanan baterai. Baterai berkualitas tinggi menjalani pengujian ketat sebelum meninggalkan pabrik, termasuk uji "penetrasi paku" (meskipun tidak wajib secara universal) yang ditujukan untuk hubungan arus pendek dengan merusak integritas elektroda dan pemisah positif dan negatif.

Dengan mengingat hal ini, jalur alami menuju peningkatan keselamatan tampak jelas: ganti elektrolit organik yang mudah terbakar dengan bahan padat yang tidak bergerak, tidak bocor, dan stabil secara termal. Baterai solid-state telah menjadi "stasiun berikutnya" yang jelas dalam peta jalan industri baterai untuk keselamatan dan kepadatan energinya. Namun, perjalanan menuju adopsi secara luas terbukti sulit dipahami. Meskipun AS Laboratorium Nasional Oak Ridge menciptakan baterai solid-state pertama pada awal tahun 1990, kendala teknologi yang konsisten tetap ada.

Dalam dunia baterai solid-state, ada tiga sistem utama untuk bahan elektrolit padat: polimer, oksida, dan sulfida. Masing-masing memiliki kekuatan dan kelemahannya sendiri, dan semuanya harus menghadapi tantangan skalabilitas produksi dan kontrol kualitas yang melekat dalam komersialisasi.

Orang yang skeptis mencemooh jarak tempuh kendaraan listrik yang berkurang di musim dingin karena kinerja suhu rendah baterai cair yang buruk saat ini, sementara potensi risiko pembakaran saat mengisi daya di musim panas juga menjadi perhatian. Hal ini menggarisbawahi perlunya baterai yang lebih aman dan lebih efisien yang dapat menangani permintaan di semua musim.

Eksperimen dengan pencetakan 3D untuk membuat struktur kompleks untuk elektrolit padat telah menunjukkan beberapa harapan. Misalnya, para peneliti di Universitas Oxford telah menggunakan pencetakan 3D untuk membuat kerangka tiga dimensi, diisi dengan elektrolit padat, untuk meningkatkan kekuatan mekanik dan mencegah patah tulang. Demikian pula, perusahaan AS Sakuu menggunakan teknologi pengaliran pengikat untuk menyimpan bahan elektroda yang diperlukan dan bubuk elektrolit padat ke substrat dan "memperkuat" mereka dengan reagen cair.

Sementara pencetakan 3D mungkin menawarkan cara untuk memperluas area kontak antarmuka dan mengontrol porositas material, masih ada rintangan utama yang harus diatasi sebelum teknik eksperimental ini dapat diubah menjadi solusi produksi massal yang layak. Menyeimbangkan kinerja dan biaya, mencapai skalabilitas, dan mempertahankan standar kontrol kualitas yang ketat adalah tantangan besar yang membuat solusi yang menjanjikan ini tetap ada di lab daripada di jalan.

Saat kita berpacu menuju masa depan yang semakin elektrik, risiko yang melekat dan upaya terus-menerus untuk meningkatkan langkah-langkah keselamatan membuat industri ini terus berubah. Terlepas dari tantangan yang menakutkan, langkah menuju industri kendaraan listrik yang lebih aman dan lebih efisien terus berlanjut, didorong oleh inovasi dan komitmen tanpa henti untuk masa depan yang berkelanjutan. Seperti biasa, New Yorker akan terus memantau perkembangan ini, siap memberikan wawasan dan analisis untuk perjalanan ke depan.