რა ხდება, როდესაც EV ბატარეა იწვის?

როდესაც EV ბატარეა იწვის, ეს ჩვეულებრივ გამოწვეულია ფენომენით, რომელსაც ეწოდება "თერმული გაქცევა". გამარტივებული თვალსაზრისით, ეს არის ჯაჭვური რეაქცია, რომელიც იწყება მაშინ, როდესაც ბატარეის უჯრედი რაიმე მიზეზით გადახურდება, ხშირად გარე ფიზიკური დაზიანების, გადახურების ან გადატვირთვის გამო (მოხსენიებული, როგორც „გარე ზიანი“). ზოგჯერ, ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს შიდა პრობლემებით, როგორიცაა წარმოების დეფექტები ან მოკლე ჩართვა ბატარეის უჯრედში (მოხსენიებული, როგორც "შიდა შეშფოთება").

იწვის EV ბატარეა შეიძლება განსაკუთრებით შემაშფოთებელი იყოს, რადგან, განსხვავებით ტრადიციული შიდა წვის ძრავიანი მანქანისგან, EV-ებში ბატარეები ხშირად მუშაობს მანქანის სიგრძეზე. მას შემდეგ, რაც ელექტრომომარაგების ბატარეის ერთ-ერთ უჯრედს ცეცხლი გაუჩნდება, სიცხემ შეიძლება გამოიწვიოს ახლომდებარე უჯრედების ცეცხლის გაჩენა, რაც გამოიწვევს ჯაჭვურ რეაქციას, რამაც შეიძლება სწრაფად მოიცვას ბატარეის მთელი პაკეტი და პოტენციურად მთელი მანქანა.

პრობლემის გასართულებლად, ბატარეის ყველაზე გავრცელებული ტიპი, რომელიც გამოიყენება დღევანდელ EV-ებში, ლითიუმ-იონური ბატარეა, შეიცავს აალებადი ორგანული სითხის ელექტროლიტებს. ეს ამ ბატარეებს უფრო მიდრეკილს ხდის ხანძრის გაჩენისა და აფეთქებისკენ, როდესაც დაზიანებულია ან არასწორად დამუშავებულია. გარდა ამისა, არსებობს კონკრეტული რისკი სახელწოდებით "ლითიუმის დენდრიტები", რომლებიც არის პაწაწინა, ნემსის მსგავსი პროგნოზები, რომლებიც შეიძლება განვითარდეს ანოდზე დატენვის დროს. თუ ეს დენდრიტები საკმარისად დიდი გაიზრდება, მათ შეუძლიათ გახვრეტას გამყოფი, რამაც გამოიწვიოს მოკლე ჩართვა და შესაძლოა გამოიწვიოს თერმული გაქცევის სიტუაცია.

ამიტომ, ბატარეის სტრუქტურის მთლიანობა და გამყოფების ხარისხი გადამწყვეტი ფაქტორებია EV ბატარეის უსაფრთხოების უზრუნველსაყოფად. როგორც ასეთი, ხარისხის ბატარეები ქარხნის გასვლამდე გადიან სხვადასხვა სტრეს ტესტებს, მათ შორის „პუნქციურ“ ტესტს, რომელიც ახდენს მოკლე ჩართვის სიმულაციას დადებითი და უარყოფითი ელექტროდების და გამყოფის ერთდროული დაზიანების შედეგად.

ზემოაღნიშნულის მიუხედავად, მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ელექტრომობილებში თერმული გაქცევა შედარებით იშვიათია და ბევრი მწარმოებელი, მკვლევარი და ინსტიტუტი გულმოდგინედ მუშაობს ამ ბატარეების უსაფრთხოების კიდევ უფრო გასაუმჯობესებლად. ერთი მიდგომა არის მყარი მდგომარეობის ბატარეების შემუშავება, რომლებიც ანაცვლებენ აალებადი თხევადი ელექტროლიტს აალებადი მყარით. თუმცა, 2023 წლის მდგომარეობით, ეს ბატარეები ჯერ კიდევ დიდწილად კვლევისა და განვითარების ეტაპზეა.

2023 წლის აგვისტოს პირველ დღეებში, NIO ES8 შეეჯახა გზის სვეტს ჩინეთში, ჟეჯიანგში და წამებში ატყდა ცეცხლი, რასაც მძღოლის სიცოცხლე ემსხვერპლა. მომხდარზე გამოძიება ამ დრომდე მიმდინარეობს. რამდენიმე დღით ადრე, ივლისის ბოლოს, Tesla Model Y და Audi სედანი შეეჯახა Dongguan-ში, Guangdong. Tesla-მ დაკარგა კონტროლი, დაეჯახა სამაგრს და აალდა.

გადაახვიეთ ცოტა წინ და აღმოვაჩინეთ NIO AUTO ბატარეის გაცვლის სადგური ჯიანგმენში, გუანგდონგი, აალებული. Მიზეზი? NIO მომხმარებლის ბატარეას, რომელიც დისტანციურად იდენტიფიცირებული იყო, როგორც დაზიანებული იყო გარე ძალების მიერ, სადგურში დაბრუნებისას შემოწმების დროს ცეცხლი გაუჩნდა.

ეს არის კოშმარული სცენარები, რომლებსაც ბევრი ბენზინის ენთუზიასტი წარმოუდგენია ელექტრო მანქანების (EV-ების) მიმართ გამძლეობით და ყველაზე რთული შესამსუბუქებელი: EV ბატარეების უსაფრთხოება. ეს შიში არ არის უსაფუძვლო; ბატარეის გაჩენა შეიძლება უფრო საგანგაშო იყოს ელექტრომობილებში, ვიდრე ჩვეულებრივ მანქანებში. მაგალითად, EV-ში ბატარეა ინტეგრირებულია მთელ მანქანაში, რაც მას ხანძრის შემთხვევაში მიდრეკილს ხდის სრული წვისკენ. კიდევ უფრო შემაშფოთებელია, მაშინ როცა ჩვეულებრივი მანქანების ხანძარი ძირითადად დაკავშირებულია ავტოსაგზაო შემთხვევებთან, ელექტრომობილები ზოგჯერ შეიძლება სპონტანურად იწვას მოსვენების დროს, რაც ამბებს უფრო თვალსაჩინო გახდის.

ამ "თერმული გაქცევის" ინციდენტების საერთო მიზეზები იყოფა ორ კატეგორიად: გარე საფრთხეები და შიდა საზრუნავი. გარე საფრთხეები მოიცავს მექანიკურ, თერმული ბოროტად გამოყენებას და ელექტრო ბოროტად გამოყენებას, როგორც წესი, უბედური შემთხვევის, მაღალი ტემპერატურის, გადატვირთვის ან გამონადენის გამო. გარდა სატრანსპორტო ინციდენტების დროს ძლიერი შეჯახებისას ხანძრის გაჩენისა, NIO-მ ასევე იტყობინება ES8 EV-ის სპონტანური წვის მოვლენა 2019 წელს ტექნიკური მომსახურების დროს მოკლე ჩართვის გამო, რომელიც გამოწვეულია ბატარეის პაკეტის სტრუქტურის შეკუმშვით შასის დარტყმის შედეგად. თითქმის ყველა სხვა ჩინელმა ელექტრომობილების მწარმოებელმა დააფიქსირა მსგავსი შემთხვევები.

ეგრეთ წოდებული შინაგანი საზრუნავი მრავალმხრივია. ამჟამინდელი ლითიუმ-იონური ბატარეები, რომლებიც ძირითადად შედგება დადებითი და უარყოფითი ელექტროდების, გამყოფებისა და ელექტროლიტისგან, წარმოადგენენ საკუთარ უნიკალურ საფრთხეებს. მაგალითად, ლითიუმის დაფარვის ფენომენი ხდება მაშინ, როდესაც ბატარეის შიგნით მოძრავი ლითიუმის იონები გროვდება ელექტროდების გამიჯნულ თხელ მემბრანაზე, რაც ქმნის ლითიუმის დენდრიტებს. ამ დენდრიტებს შეუძლიათ მემბრანის გახვრეტა, რაც გამოიწვიოს მოკლე ჩართვა და სითბოს სწრაფი დაგროვება.

აქედან გამომდინარე, ბატარეის სტრუქტურის მთლიანობა და გამყოფის ხარისხი არის ბატარეის უსაფრთხოების გადამწყვეტი განმსაზღვრელი. მაღალი ხარისხის ბატარეები გადიან მკაცრ ტესტირებას ქარხნის გასვლამდე, მათ შორის „ფრჩხილის შეღწევის“ ტესტის ჩათვლით (თუმცა არა უნივერსალურად სავალდებულო), რომელიც მიზნად ისახავს მოკლე ჩართვას დადებითი და უარყოფითი ელექტროდების და გამყოფის მთლიანობის დაზიანებით.

ამის გათვალისწინებით, უსაფრთხოების გაუმჯობესების ბუნებრივი გზა აშკარად ჩანს: შეცვალეთ აალებადი ორგანული ელექტროლიტი უძრავი, გაჟონვის გარეშე, თერმულად მდგრადი მყარი მასალით. მყარი მდგომარეობის ბატარეები გახდა აშკარა „შემდეგი სადგური“ ბატარეის ინდუსტრიის საგზაო რუკაში მათი უსაფრთხოებისა და ენერგიის სიმკვრივისთვის. თუმცა, მოგზაურობა ფართო შვილად აყვანისკენ მოუხერხებელი აღმოჩნდა. მიუხედავად იმისა, რომ აშშ-ს ოუკ რიჯის ეროვნულმა ლაბორატორიამ შექმნა პირველი მყარი მდგომარეობის ბატარეა ჯერ კიდევ 1990 წელს, თანმიმდევრული ტექნოლოგიური დაბრკოლებები შენარჩუნდა.

მყარი მდგომარეობის ბატარეების სამყაროში არსებობს მყარი ელექტროლიტური მასალების სამი ძირითადი სისტემა: პოლიმერები, ოქსიდები და სულფიდები. თითოეულ მათგანს აქვს საკუთარი ძლიერი და სუსტი მხარეები და ყველა უნდა შეეგუოს წარმოების მასშტაბურობას და ხარისხის კონტროლის გამოწვევებს, რომლებიც თან ახლავს კომერციალიზაციას.

სკეპტიკოსები დასცინიან ელექტრო მანქანების შემცირებულ დიაპაზონს ზამთარში მიმდინარე თხევადი ბატარეების ცუდი მუშაობის გამო დაბალ ტემპერატურაზე, ხოლო ზაფხულში დამუხტვის დროს წვის პოტენციური რისკი ასევე შემაშფოთებელია. ეს ხაზს უსვამს უფრო უსაფრთხო, უფრო ეფექტური ბატარეის საჭიროებას, რომელიც გაუმკლავდება ყველა სეზონის მოთხოვნებს.

3D ბეჭდვის ექსპერიმენტებმა მყარი ელექტროლიტების რთული სტრუქტურების შესაქმნელად გარკვეული დაპირება აჩვენა. მაგალითად, ოქსფორდის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა გამოიყენეს 3D ბეჭდვა მყარი ელექტროლიტით სავსე სამგანზომილებიანი ჩარჩოს ასაგებად, მექანიკური სიმტკიცის გასაუმჯობესებლად და მარტივი მოტეხილობის თავიდან ასაცილებლად. ანალოგიურად, ამერიკული კომპანია Sakuu იყენებს ბაინდერის ჩაქრობის ტექნოლოგიას, რათა მოათავსოს საჭირო ელექტროდი მასალები და მყარი ელექტროლიტური ფხვნილები სუბსტრატზე და „გაამყაროს“ ისინი თხევადი რეაგენტებით.

მიუხედავად იმისა, რომ 3D ბეჭდვა შეიძლება შემოგვთავაზოს ინტერფეისის კონტაქტის არეალის გაფართოებისა და მასალის ფორიანობის კონტროლის საშუალება, ჯერ კიდევ არსებობს დიდი დაბრკოლებები, რომლებიც უნდა გადალახოს, სანამ ეს ექსპერიმენტული ტექნიკა გადაიქცევა სიცოცხლისუნარიან, მასობრივად წარმოებულ გადაწყვეტად. შესრულებისა და ღირებულების დაბალანსება, მასშტაბურობის მიღწევა და ხარისხის კონტროლის მკაცრი სტანდარტების დაცვა არის მოსალოდნელი გამოწვევები, რომლებიც ამ პერსპექტიულ გადაწყვეტილებებს ინახავს ლაბორატორიაში და არა გზაზე.

როდესაც ჩვენ ვჩქარობთ მზარდი ელექტრომომავლისკენ, თანდაყოლილი რისკები და უსაფრთხოების გაუმჯობესებული ზომების მუდმივი დაცვა ინარჩუნებს ინდუსტრიას ნაკადის მდგომარეობაში. მიუხედავად საშინელი გამოწვევებისა, მსვლელობა უფრო უსაფრთხო, უფრო ეფექტური ელექტრომობილების ინდუსტრიისკენ გრძელდება, დაწყებული დაუნდობელი ინოვაციებითა და მდგრადი მომავლისადმი ერთგულებით. როგორც ყოველთვის, New Yorker ყურადღებით ადევნებს თვალს ამ მოვლენებს, მზად არის შესთავაზოს ხედვა და ანალიზი მომავალი მოგზაურობის შესახებ.