EVのバッテリーが燃えると何が起こるのでしょうか？

EV のバッテリーが燃える場合、通常は「熱暴走」と呼ばれる現象が原因です。 簡単に言うと、これは、バッテリー内のセルが何らかの理由で過熱すると始まる連鎖反応であり、多くの場合、外部の物理的損傷、過熱、または過充電 (「外部危害」と呼ばれます) が原因です。 場合によっては、製造上の欠陥やバッテリーセル内の短絡などの内部問題 (「内部心配」と呼ばれます) によって引き起こされる場合があります。

従来の内燃機関車とは異なり、EV のバッテリーは車両全長にわたって使用されることが多いため、EV バッテリーの燃焼は特に懸念されることがあります。 EV バッテリー パック内の XNUMX つのセルが発火すると、その熱により近くのセルにも発火する可能性があり、連鎖反応が起こり、バッテリー パック全体、場合によっては車両全体が急速に飲み込まれる可能性があります。

問題をさらに悪化させるのは、今日のEVで使用されている最も一般的なタイプのバッテリーであるリチウムイオンバッテリーには、可燃性の有機液体電解質が含まれていることです。 そのため、これらのバッテリーは損傷したり不適切に扱われた場合に発火し、爆発しやすくなります。 さらに、「リチウムデンドライト」と呼ばれる特有のリスクがあります。これは、充電中にアノードに発生する可能性のある小さな針状の突起です。 これらの樹状突起が十分に大きく成長すると、セパレータを突き破って短絡を引き起こし、熱暴走状態を引き起こす可能性があります。

したがって、EV バッテリーの安全性を確保するには、バッテリー構造の完全性とセパレーターの品質が重要な要素となります。 そのため、高品質のバッテリーは、工場から出荷される前に、正極と負極、およびセパレーターの同時損傷によって引き起こされる短絡をシミュレートする「パンク」テストを含む、さまざまなストレステストを受けます。

上記にもかかわらず、EV の熱暴走は比較的まれであり、多くのメーカー、研究者、機関がこれらのバッテリーの安全性をさらに向上させるために熱心に取り組んでいることに注意することが重要です。 アプローチの 2023 つは、可燃性の液体電解質を不燃性の固体電解質に置き換える全固体電池の開発です。 ただし、XNUMX 年の時点で、これらのバッテリーの大部分はまだ研究開発段階にあります。

2023年8月初旬、中国の浙江省でNIO ESXNUMXが道路柱に衝突し、数秒以内に炎上し、ドライバーの命を奪った。 この事件はまだ調査中です。 その数日前のXNUMX月下旬、広東省東莞市でテスラ・モデルYとアウディのセダンが衝突した。 テスラはコントロールを失い、ガードレールに衝突し、炎上した。

さらに少し巻き戻すと、広東省江門市にある NIO AUTO のバッテリー交換ステーションが炎上しているのがわかります。 原因？ NIO ユーザーのバッテリーは、遠隔操作で外力による損傷が確認され、ステーションに戻った際の検査中に発火しました。

これらは、電気自動車（EV）の採用に抵抗がある多くのガソリン愛好家が想像してきた悪夢のシナリオであり、緩和するのが最も難しいのは、EVバッテリーの安全性です。 この恐れには根拠がないわけではありません。 EV では従来の車よりもバッテリー火災がより憂慮すべきものになる可能性があります。 たとえば、EV のバッテリーは車両全体に組み込まれているため、火災が発生した場合に完全燃焼しやすくなります。 さらに不安なのは、従来の車両火災は一般に交通事故と関連しているのに対し、EV は停止中に自然発火する場合があり、ニュースがより顕著になります。

このような「熱暴走」インシデントの一般的な理由は、外部の脅威と内部の懸念という 8 つのカテゴリに分類されます。 外部の脅威には、通常、事故、高温、過充電、または放電による、機械的乱用、熱的乱用、および電気的乱用が含まれます。 交通事故での激しい衝突による火災に加えて、NIOは2019年にメンテナンス中のESXNUMX EVの自然発火事故も報告しました。これは、シャーシの衝撃後のバッテリーパック構造の圧縮によって引き起こされる短絡によるものです。 他のほぼすべての中国のEVメーカーも同様の事例を報告している。

いわゆる内面の悩みは多面的です。 現在のリチウムイオン電池は、主に正極と負極、セパレータ、電解液で構成されており、独自の危険性があります。 たとえば、リチウムめっき現象は、電池内を移動するリチウムイオンが電極を隔てる薄膜上に蓄積し、リチウム樹枝状結晶を形成するときに発生します。 これらの樹状突起は膜を突き破り、短絡と急速な熱蓄積を引き起こす可能性があります。

したがって、バッテリー構造の完全性とセパレーターの品質は、バッテリーの安全性を決定する重要な要素となります。 高品質のバッテリーは、工場から出荷される前に、正極と負極およびセパレーターの完全性を損傷することによる短絡を目的とした「釘刺し」テスト（一般的に必須ではありません）を含む厳格なテストを受けます。

これを念頭に置くと、安全性向上への自然な道筋は明らかであるように思えます。それは、可燃性の有機電解質を、動かず、漏れがなく、熱的に安定した固体材料に置き換えることです。 全固体電池は、その安全性とエネルギー密度の観点から、電池業界のロードマップにおいて明らかな「次のステーション」となっています。 しかし、広く普及するまでの道のりはとらえどころのないものであることが判明しています。 米国のオークリッジ国立研究所は 1990 年に初の全固体電池を開発したにもかかわらず、一貫した技術的障害が続いていました。

全固体電池の世界では、固体電解質材料にはポリマー、酸化物、硫化物の XNUMX つの主流システムがあります。 それぞれに独自の長所と短所があり、商業化に伴う生産の拡張性と品質管理の課題にすべて対処する必要があります。

懐疑論者は、現在の液体電池の低温性能が低いために冬季に電気自動車の航続距離が短くなるのを嘲笑する一方、夏場の充電中に発火する潜在的なリスクも懸念している。 これは、季節を問わず需要に対応できる、より安全で効率的なバッテリーの必要性を強調しています。

固体電解質の複雑な構造を作成するための 3D プリンティングの実験では、ある程度の可能性が示されています。 たとえば、オックスフォード大学の研究者らは、3D プリンティングを使用して固体電解質を充填した三次元フレームワークを構築し、機械的強度を向上させ、簡単に破損するのを防ぎました。 同様に、米国の企業Sakuuは、バインダージェット技術を使用して、必要な電極材料と固体電解質粉末を基板上に堆積させ、それらを液体試薬で「固化」させます。

3D プリンティングは、界面の接触面積を拡大し、材料の多孔性を制御する手段を提供する可能性がありますが、これらの実験的技術を実行可能な大量生産ソリューションに変換するには、まだ克服すべき大きなハードルがあります。 パフォーマンスとコストのバランス、拡張性の達成、厳格な品質管理基準の維持は、これらの有望なソリューションを路上ではなく研究室に維持する差し迫った課題です。

ますます電動化が進む未来に向けて競争する中、内在するリスクと安全対策の改善の絶え間ない追求により、業界は常に流動的な状態にあります。 困難な課題にもかかわらず、たゆまぬ革新と持続可能な未来への取り組みを原動力として、より安全で効率的な電気自動車産業に向けた歩みは続いています。 いつものように、ニューヨーカーはこれらの動向に鋭く注目し、今後の旅についての洞察と分析を提供する準備ができています。