EV батареясы жанғанда не болады?

EV аккумуляторы жанғанда, бұл әдетте «жылулық қашу» деп аталатын құбылысқа байланысты. Жеңілдетілген тілмен айтқанда, бұл батареядағы ұяшық қандай да бір себептермен, көбінесе сыртқы физикалық зақымдану, қызып кету немесе шамадан тыс зарядтау («сыртқы зияндар» деп аталады) салдарынан қызып кеткенде басталатын тізбекті реакция. Кейде ол өндірістік ақаулар немесе батарея ұяшығындағы қысқа тұйықталу («ішкі алаңдаушылық» деп аталады) сияқты ішкі мәселеден туындауы мүмкін.

Жанып тұрған EV аккумуляторы әсіресе алаңдаушылық тудыруы мүмкін, өйткені дәстүрлі іштен жану қозғалтқышы бар автомобильден айырмашылығы, электр көліктеріндегі батареялар көбінесе көліктің ұзындығын басқарады. EV аккумулятор жинағындағы бір ұяшық өртеніп кеткенде, қызу жақын маңдағы ұяшықтарды да өртендіруі мүмкін, бұл тізбекті реакцияға алып келеді, ол бүкіл аккумулятор жинағын және бүкіл көлікті тез жұтуы мүмкін.

Мәселені қиындату үшін, бүгінгі электр машиналарында қолданылатын аккумулятордың ең көп тараған түрі, литий-иондық аккумулятордың құрамында жанғыш органикалық сұйық электролиттер бар. Бұл батареяларды зақымдалған немесе дұрыс пайдаланбаған кезде өртке және жарылуға бейім етеді. Бұған қоса, зарядтау кезінде анодта дами алатын кішкентай, ине тәрізді проекциялар болып табылатын «литий дендриттері» деп аталатын ерекше қауіп бар. Егер бұл дендриттер жеткілікті түрде өссе, олар сепараторды тесіп, қысқа тұйықталуды тудыруы және термиялық қашу жағдайына әкелуі мүмкін.

Сондықтан батарея құрылымының тұтастығы мен сепараторлардың сапасы EV батареясының қауіпсіздігін қамтамасыз етудің шешуші факторлары болып табылады. Осылайша, сапалы аккумуляторлар зауыттан шықпас бұрын әртүрлі стресс сынақтарынан өтеді, соның ішінде оң және теріс электродтар мен сепаратордың бір уақытта зақымдануынан туындаған қысқа тұйықталуды имитациялайтын «тесуге» сынақ.

Жоғарыда айтылғандарға қарамастан, электр көліктеріндегі термиялық қашу салыстырмалы түрде сирек кездесетінін және көптеген өндірушілер, зерттеушілер және мекемелер осы батареялардың қауіпсіздігін одан әрі жақсарту үшін бар ынтамен жұмыс істейтінін атап өткен жөн. Тәсілдердің бірі – тұтанғыш сұйық электролитті жанбайтын қатты затқа ауыстыратын қатты күйдегі батареяларды жасау. Дегенмен, 2023 жылға қарай бұл батареялар әлі де зерттеу және әзірлеу сатысында.

2023 жылдың тамыз айының алғашқы күндерінде Қытайдың Чжэцзян қаласында NIO ES8 жол бағанасымен соқтығысып, бірнеше секунд ішінде өртеніп, жүргізушінің өмірін қиды. Оқиға әлі тергеуде. Бірнеше күн бұрын, шілде айының соңында Гуандундағы Дунгуан қаласында Tesla Model Y мен Audi седаны соқтығысты. Тесла басқаруды жоғалтып, қоршауға соғылып, жалынға оранды.

Сәл артқа айналдырсаңыз, біз Цзянменде, Гуандун қаласындағы NIO AUTO аккумуляторды ауыстыру станциясын табамыз. Себебі? Сыртқы күштердің әсерінен зақымдалған деп қашықтан анықталған NIO пайдаланушысының аккумуляторы станцияға оралған кезде тексеру кезінде өртенді.

Бұл электр көліктерінің (EV) құшағына төзімді көптеген бензин әуесқойлары елестеткен қорқынышты сценарийлер және жеңілдетудің ең қиыны: EV батареяларының қауіпсіздігі. Бұл қорқыныш негізсіз емес; Батареядағы өрттер кәдімгі көліктерге қарағанда EV көліктерінде қауіптірек болуы мүмкін. Мысалы, EV-дегі аккумулятор бүкіл көлікке біріктірілген, бұл өрт кезінде оны толық жануға бейім етеді. Көліктегі кәдімгі өрттер әдетте жол-көлік оқиғаларымен байланысты болғанымен, электр көліктері кейде тыныштық кезінде өздігінен жанып кетуі мүмкін, бұл жаңалықтарды анағұрлым маңызды етеді.

Бұл «жылулық қашу» оқиғаларының жалпы себептері екі санатқа бөлінеді: сыртқы қауіптер және ішкі алаңдаушылық. Сыртқы қауіптер әдетте жазатайым оқиғаларға, жоғары температураға, шамадан тыс зарядтауға немесе разрядқа байланысты механикалық теріс пайдалануды, термиялық теріс пайдалануды және электр қуатын теріс пайдалануды қамтиды. Жол-көлік оқиғалары кезінде қатты соқтығысу кезінде өрт шығудан басқа, NIO сонымен қатар шассидің соққысынан кейін батарея жинағы құрылымының қысылуынан туындаған қысқа тұйықталу салдарынан техникалық қызмет көрсету кезінде ES8 EV-нің өздігінен жану оқиғасы туралы хабарлады. Қытайдың барлық дерлік EV өндірушілері ұқсас жағдайлар туралы хабарлады.

Ішкі алаңдаушылық деп аталатын нәрсе көп қырлы. Негізінен оң және теріс электродтардан, сепараторлардан және электролиттерден тұратын ағымдағы литий-ионды батареялар өздерінің бірегей қауіптерін көрсетеді. Мысалы, литиймен қаптау құбылысы аккумулятор ішінде қозғалатын литий иондары электродтарды бөлетін жұқа мембранада жиналып, литий дендриттерін түзген кезде пайда болады. Бұл дендриттер мембрананы тесіп, қысқа тұйықталуға және жылдам жылу жинақталуына әкелуі мүмкін.

Демек, батарея құрылымының тұтастығы мен сепаратордың сапасы батарея қауіпсіздігінің шешуші факторы болып табылады. Жоғары сапалы аккумуляторлар зауыттан шығар алдында қатаң сынақтан өтеді, оның ішінде оң және теріс электродтар мен сепаратордың тұтастығын бұзу арқылы қысқа тұйықталуға бағытталған «тырнақтың енуі» сынағы (әмбебап міндетті емес).

Осыны ескере отырып, қауіпсіздікті жақсартудың табиғи жолы анық болып көрінеді: жанғыш органикалық электролитті қозғалмайтын, ағып кетпейтін, термиялық тұрақты қатты материалмен ауыстырыңыз. Қатты күйдегі батареялар олардың қауіпсіздігі мен энергия тығыздығы үшін аккумулятор өнеркәсібінің жол картасындағы айқын «келесі станцияға» айналды. Дегенмен, кең тараған бала асырап алу жолының қиындығы дәлелденді. АҚШ-тың Oak Ridge ұлттық зертханасы 1990 жылы алғашқы қатты күйдегі батареяны жасағанына қарамастан, жүйелі технологиялық кедергілер сақталды.

Қатты күйдегі батареялар әлемінде қатты электролиттік материалдарға арналған үш негізгі жүйе бар: полимерлер, оксидтер және сульфидтер. Әрқайсысының өзінің күшті және әлсіз жақтары бар және барлығы коммерцияландыруға тән өндірістің ауқымдылығы мен сапаны бақылау қиындықтарымен күресуі керек.

Скептиктер қазіргі сұйық батареялардың төмен температурада нашар жұмыс істеуіне байланысты қыста электромобильдердің қысқартылған диапазонын мазақ етеді, ал жазда зарядтау кезінде жану қаупі де алаңдатады. Бұл барлық маусымның талаптарын орындай алатын қауіпсіз, тиімдірек батареяның қажеттілігін көрсетеді.

Қатты электролиттер үшін күрделі құрылымдарды жасау үшін 3D басып шығарумен жасалған эксперименттер біраз уәде берді. Мысалы, Оксфорд университетінің зерттеушілері механикалық беріктікті жақсарту және жеңіл сынудың алдын алу үшін қатты электролитпен толтырылған үш өлшемді қаңқаны салу үшін 3D басып шығаруды пайдаланды. Сол сияқты, американдық Sakuu компаниясы қажетті электрод материалдары мен қатты электролит ұнтақтарын субстратқа қою және оларды сұйық реагенттермен «қатайту» үшін байланыстырғыш ағынды технологиясын пайдаланады.

3D басып шығару интерфейстің контакті аймағын кеңейту және материалдың кеуектілігін бақылау құралын ұсына алады, бірақ бұл тәжірибелік әдістер өміршең, жаппай шығарылатын шешімге айналмас бұрын әлі де еңсеру керек үлкен кедергілер бар. Өнімділік пен құнды теңестіру, ауқымдылыққа қол жеткізу және сапаны бақылаудың қатаң стандарттарын сақтау - бұл перспективалы шешімдерді жолда емес, зертханада сақтайтын алдағы қиындықтар.

Барған сайын электрлік болашаққа ұмтылған сайын, тән тәуекелдер мен қауіпсіздік шараларын жақсартуға үнемі ұмтылу саланы ағынды күйде ұстайды. Қауіпті қиындықтарға қарамастан, тынымсыз инновациялар мен тұрақты болашаққа берілгендіктің арқасында қауіпсіз, тиімдірек электрлі көлік өнеркәсібіне қарай шеру жалғасуда. Әдеттегідей, Нью-Йоркер бұл оқиғаларды мұқият қадағалап, алдағы сапар туралы түсінік пен талдауды ұсынуға дайын болады.