EV 배터리가 타면 어떻게 됩니까?

EV 배터리가 타는 경우는 일반적으로 "열 폭주"라는 현상 때문입니다. 간단히 말해서 외부의 물리적 손상, 과열 또는 과충전("외부 손상"이라고 함)으로 인해 어떤 이유로 배터리의 셀이 과열될 때 시작되는 연쇄 반응입니다. 경우에 따라 제조 결함 또는 배터리 셀 내 단락과 같은 내부 문제("내부 우려"라고 함)로 인해 발생할 수 있습니다.

기존의 내연기관 자동차와 달리 EV의 배터리는 종종 차량 길이만큼 작동하기 때문에 EV 배터리가 타는 것은 특히 우려할 수 있습니다. EV 배터리 팩의 한 셀에 불이 붙으면 열로 인해 주변 셀에도 불이 붙을 수 있으며, 연쇄 반응으로 이어져 전체 배터리 팩과 잠재적으로 전체 차량을 삼킬 수 있습니다.

설상가상으로 오늘날의 EV에 사용되는 가장 일반적인 유형의 배터리인 리튬 이온 배터리에는 가연성 유기 액체 전해질이 포함되어 있습니다. 이로 인해 이러한 배터리는 손상되거나 부적절하게 취급될 때 화재가 발생하고 폭발하기 쉽습니다. 또한 "리튬 덴드라이트"라고 하는 특정 위험이 있습니다. 이는 충전 중에 양극에서 발생할 수 있는 바늘 모양의 작은 돌기입니다. 이러한 덴드라이트가 충분히 커지면 분리막을 뚫고 단락이 발생하여 열 폭주 상황이 발생할 수 있습니다.

따라서 배터리 구조의 무결성과 분리막의 품질은 EV 배터리의 안전성을 보장하는 중요한 요소입니다. 이와 같이 우수한 품질의 배터리는 공장 출하 전에 양극 및 음극과 분리막의 동시 손상으로 인해 발생하는 단락을 시뮬레이션하는 "펑처" 테스트를 포함하여 다양한 스트레스 테스트를 거칩니다.

위의 내용에도 불구하고 EV의 열 폭주는 상대적으로 드물며 많은 제조업체, 연구원 및 기관이 이러한 배터리의 안전성을 더욱 향상시키기 위해 부지런히 노력하고 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 한 가지 접근 방식은 가연성 액체 전해질을 불연성 고체 전해질로 대체하는 전고체 배터리를 개발하는 것입니다. 그러나 2023년 현재 이러한 배터리는 여전히 대부분 연구 개발 단계에 있습니다.

2023년 8월 초 NIO ESXNUMX이 중국 저장성에서 도로 기둥과 충돌하고 몇 초 만에 화염에 휩싸여 운전자가 목숨을 잃었습니다. 사건은 아직 조사 중입니다. 불과 며칠 전인 XNUMX월 말, 광둥성 둥관에서 테슬라 모델 Y와 아우디 세단이 충돌했습니다. 테슬라는 통제력을 잃고 가드레일을 들이받은 후 화염에 휩싸였습니다.

조금 더 되감으면 광둥성 Jiangmen에 있는 NIO AUTO 배터리 교환 스테이션이 불타고 있는 것을 발견합니다. 원인? 원격으로 외력에 의해 손상된 것으로 확인된 NIO 사용자의 배터리는 스테이션으로 돌아가서 검사하는 동안 화재가 발생했습니다.

이는 전기차(EV) 수용에 저항하는 많은 휘발유 애호가들이 상상했던 악몽 시나리오이며 완화하기 가장 어려운 시나리오는 EV 배터리의 안전성입니다. 이 두려움은 근거가 없는 것이 아닙니다. 배터리 화재는 일반 자동차보다 EV에서 더 위험할 수 있습니다. 예를 들어, EV의 배터리는 차량 전체에 통합되어 있어 화재 시 완전 연소되기 쉽습니다. 더욱 안타까운 것은 기존 차량 화재는 일반적으로 교통 사고와 관련이 있는 반면, EV는 때때로 휴식 중에 자연 발화할 수 있어 뉴스를 더욱 두드러지게 만듭니다.

이러한 "열 폭주" 사고의 일반적인 원인은 외부 위협과 내부 걱정이라는 두 가지 범주로 나뉩니다. 외부 위협에는 일반적으로 사고, 고온, 과충전 또는 방전으로 인한 기계적 남용, 열 남용 및 전기 남용이 포함됩니다. NIO는 교통 사고 중 심각한 충돌로 화재가 발생한 것 외에도 섀시 충격에 따른 배터리 팩 구조 압축으로 인한 단락으로 인해 8년 유지 보수 중 ES2019 EV의 자연 발화 이벤트를 보고했습니다. 거의 모든 다른 중국 EV 제조업체가 유사한 사례를 보고했습니다.

이른바 내부 고민은 다면적이다. 주로 양극 및 음극, 분리막 및 전해질로 구성된 현재의 리튬 이온 배터리에는 고유한 위험이 있습니다. 예를 들어, 리튬 도금 현상은 배터리 내부를 이동하는 리튬 이온이 전극을 분리하는 얇은 막에 축적되어 리튬 덴드라이트를 형성할 때 발생합니다. 이러한 덴드라이트는 멤브레인을 관통하여 단락 및 빠른 열 축적을 일으킬 수 있습니다.

따라서 배터리 구조의 무결성과 분리막 품질은 배터리 안전을 결정하는 중요한 요소입니다. 고품질 배터리는 공장을 떠나기 전에 양극 및 음극과 분리기의 무결성을 손상시켜 단락을 목적으로 하는 "못 침투" 테스트(보통 필수는 아님)를 포함하여 엄격한 테스트를 거칩니다.

이를 염두에 두고 안전 개선을 위한 자연스러운 경로는 분명해 보입니다. 가연성 유기 전해질을 움직이지 않고 누출되지 않으며 열적으로 안정적인 고체 물질로 교체하는 것입니다. 전고체 배터리는 안전성과 에너지 밀도 측면에서 배터리 산업의 로드맵에서 명백한 "다음 스테이션"이 되었습니다. 그러나 광범위한 채택을 향한 여정은 쉽지 않은 것으로 판명되었습니다. 미국 Oak Ridge National Laboratory가 1990년 초에 최초의 고체 배터리를 만들었음에도 불구하고 일관된 기술적 장애물이 지속되었습니다.

고체 배터리의 세계에는 고체 전해질 재료에 대한 세 가지 주류 시스템이 있습니다: 폴리머, 산화물 및 황화물. 각각 고유한 강점과 약점이 있으며 모두 상용화에 내재된 생산 확장성 및 품질 관리 문제와 싸워야 합니다.

회의론자들은 현재 액체 배터리의 열악한 저온 성능으로 인해 겨울에 전기 자동차의 주행 거리가 줄어들고 여름에 충전하는 동안 잠재적인 연소 위험도 우려된다고 비웃습니다. 이는 모든 계절의 수요를 처리할 수 있는 더 안전하고 효율적인 배터리에 대한 필요성을 강조합니다.

고체 전해질을 위한 복잡한 구조를 만들기 위한 3D 프린팅 실험은 몇 가지 가능성을 보여주었습니다. 예를 들어, 옥스포드 대학의 연구원들은 3D 프린팅을 사용하여 기계적 강도를 개선하고 쉽게 파손되는 것을 방지하기 위해 고체 전해질로 채워진 XNUMX차원 프레임워크를 구성했습니다. 마찬가지로 미국 회사인 Sakuu는 바인더 분사 기술을 사용하여 필요한 전극 재료와 고체 전해질 분말을 기판에 증착하고 액체 시약으로 "고체화"합니다.

3D 프린팅은 인터페이스 접촉 영역을 확장하고 재료의 다공성을 제어하는 ​​수단을 제공할 수 있지만 이러한 실험 기술이 실행 가능한 대량 생산 솔루션으로 변환되기 전에 극복해야 할 주요 장애물이 여전히 있습니다. 성능과 비용의 균형, 확장성 달성 및 엄격한 품질 관리 표준 유지는 이러한 유망한 솔루션을 이동이 아닌 실험실에서 유지하는 데 있어 다가오는 과제입니다.

전기가 점점 더 많아지는 미래에 접어들면서 내재된 위험과 개선된 안전 조치에 대한 끊임없는 추구는 업계를 유동적인 상태로 유지합니다. 벅찬 도전에도 불구하고 지속 가능한 미래에 대한 끊임없는 혁신과 헌신에 힘입어 더 안전하고 효율적인 전기 자동차 산업을 향한 행진은 계속되고 있습니다. 언제나처럼 New Yorker는 이러한 발전을 예리하게 주시하고 앞으로의 여정에 대한 통찰력과 분석을 제공할 준비가 되어 있습니다.