EV батареясы күйгөндө эмне болот?

EV батареясы күйүп жатканда, ал адатта "термикалык качуу" деп аталган көрүнүш менен шартталган. Жөнөкөйлөтүлгөн сөз менен айтканда, бул чынжыр реакциясы, ал батареянын клеткасы кандайдыр бир себептерден улам, көбүнчө тышкы физикалык бузулуулардан, ашыкча ысып кетүүдөн же ашыкча заряддоодон («тышкы зыяндар» деп аталат) улам ысып кеткенде башталат. Кээде, ал өндүрүштүн кемчиликтери же батареянын клеткасынын ичиндеги кыска туташуу сыяктуу ички маселеден улам келип чыгышы мүмкүн ("ички тынчсыздануулар" деп аталат).

Күйүп жаткан EV батареясы өзгөчө көңүл бурушу мүмкүн, анткени салттуу ичтен күйүүчү кыймылдаткычтан айырмаланып, электр унааларындагы батарейкалар көбүнчө унаанын узундугун иштетет. EV батарейкасынын бир клеткасы күйүп кеткенден кийин, жылуулук жакын жердеги клеткалардын күйүп кетишине алып келиши мүмкүн, бул чынжыр реакциясына алып келет, ал бүтүндөй батарея пакетин жана бүтүндөй унааны тез каптап кетиши мүмкүн.

Көйгөйдү татаалдаштыруу үчүн, азыркы электр унааларында колдонулган батареянын эң кеңири таралган түрү, литий-иондук батареяда күйүүчү органикалык суюк электролиттер бар. Бул батарейкалар бузулганда же туура эмес иштетилгенде күйүп, жарылууга көбүрөөк ыктайт. Кошумчалай кетсек, “литий дендриттери” деп аталган өзгөчө коркунуч бар, алар заряддоо учурунда аноддо пайда болушу мүмкүн болгон кичинекей, ийне сымал проекциялар. Эгерде бул дендриттер жетишерлик чоңоюп кетсе, алар сепараторду тешип, кыска туташууну пайда кылышы мүмкүн жана балким, термикалык качуу кырдаалына алып келиши мүмкүн.

Ошондуктан, батареянын түзүлүшүнүн бүтүндүгү жана сепараторлордун сапаты EV батареясынын коопсуздугун камсыз кылууда чечүүчү факторлор болуп саналат. Ошентип, сапаттуу аккумуляторлор заводдон чыгаар алдында ар кандай стресс-тесттерден, анын ичинде оң жана терс электроддор менен сепаратордун бир убакта бузулушунан келип чыккан кыска туташууларды симуляциялаган “пункция” сыноосунан өтөт.

Жогоруда айтылгандарга карабастан, электр унааларындагы жылуулуктан качуу салыштырмалуу сейрек кездешет жана көптөгөн өндүрүүчүлөр, изилдөөчүлөр жана мекемелер бул батареялардын коопсуздугун мындан ары жакшыртуу үчүн тырышчаактык менен иштеп жатышканын белгилей кетүү маанилүү. Бир ыкма күйүүчү суюк электролиттерди күйүүчү эмес катуу затка алмаштырган катуу абалдагы батареяларды иштеп чыгуу болуп саналат. Бирок, 2023-жылга карата, бул батареялар дагы эле изилдөө жана өнүктүрүү стадиясында.

2023-жылдын август айынын алгачкы күндөрүндө Кытайдын Чжэцзян шаарында NIO ES8 үлгүсүндөгү унаа жол мамысын сүзүп, бир нече секунданын ичинде күйүп кетип, айдоочунун өмүрүн алган. Окуя дагы деле иликтенүүдө. Бир нече күн мурун, июль айынын аягында Гуандун штатындагы Дунгуан шаарында Tesla Model Y жана Audi седан кагышкан. Тесла рулду башкара албай, тосмону сүзүп, өрттөнүп кеткен.

Бир аз артка кайтсаңыз, биз Цзянменде, Гуандун шаарында NIO AUTO батарейканы алмаштыруучу станцияны табабыз. Себеби? NIO колдонуучунун алыстан тышкы күчтөр тарабынан бузулган батареясы станцияга кайтып келгенден кийин текшерүү учурунда күйүп кеткен.

Бул электр унааларынын (EVs) кучагына чыдамдуу көптөгөн бензин ышкыбоздорунун коркунучтуу сценарийлери жана жеңилдетүү эң кыйын: EV батареяларынын коопсуздугу. Бул коркуу негизсиз эмес; Батареядагы өрт кадимки унааларга караганда электр унааларында коркунучтуураак болушу мүмкүн. Мисалы, EVдеги аккумулятор бардык унаага бириктирилгендиктен, ал өрт болгон учурда толугу менен күйүп кетүүгө жөндөмдүү. Андан да кооптондурарлык нерсе, кадимки унаалардагы өрт көбүнчө жол кырсыктары менен байланыштуу болсо, EV унаалар кээде эс алууда өзүнөн-өзү күйүп кетиши мүмкүн, бул жаңылыкты айкыныраак кылат.

Бул "термикалык качуу" окуялардын жалпы себептери эки категорияга бөлүнөт: тышкы коркунучтар жана ички тынчсыздануулар. Тышкы коркунучтарга механикалык кыянаттык, термикалык кыянаттык жана электрдик кыянат пайдалануу кирет, адатта авариялар, жогорку температуралар, ашыкча заряддоо же кубаттоо. Жол кырсыктары учурунда катуу кагылышуудан өрт чыккандан тышкары, NIO ошондой эле ES8 EV 2019-жылы техникалык тейлөө учурунда шассиге тийгенден кийин батарея пакетинин структурасынын кысылышынан келип чыккан кыска туташуудан улам өзүнөн өзү күйүп кеткен окуяны билдирди. Дээрлик бардык кытайлык EV өндүрүүчүлөр ушул сыяктуу учурларды билдиришти.

Ички түйшүктөр дегендер көп кырдуу. Негизинен оң жана терс электроддордон, сепараторлордон жана электролиттерден турган учурдагы литий-иондук батарейкалар өздөрүнүн уникалдуу коркунучтарын көрсөтөт. Мисалы, литий каптоо кубулушу аккумулятордун ичинде кыймылдаган литий иондору электроддорду бөлүп турган ичке кабыкчага чогулуп, литий дендриттерин пайда кылганда пайда болот. Бул дендриттер мембрананы тешип, кыска туташууну жана тез жылуулуктун топтолушун шарттайт.

Демек, батареянын структурасынын бүтүндүгү жана сепаратордун сапаты батареянын коопсуздугунун чечүүчү факторлору болуп саналат. Жогорку сапаттагы аккумуляторлор заводдон чыгаар алдында катуу сыноодон өтөт, анын ичинде оң жана терс электроддор менен сепаратордун бүтүндүгүн бузуу аркылуу кыска туташууга багытталган “тырмакка өтүү” сынагы (жалпыга бирдей милдеттүү эмес).

Ушуну эске алуу менен, коопсуздукту жакшыртуунун табигый жолу ачык көрүнөт: күйүүчү органикалык электролиттерди кыймылсыз, агып кетпеген, термикалык туруктуу катуу материал менен алмаштырыңыз. Катуу абалдагы батарейкалар алардын коопсуздугу жана энергиянын тыгыздыгы боюнча аккумулятор тармагынын жол картасында ачык “кийинки станция” болуп калды. Бирок, кеңири жайылтууга болгон саякат оңой эмес экенин далилдеди. АКШнын Oak Ridge Улуттук лабораториясы 1990-жылы биринчи катуу абалдагы батареяны жаратканына карабастан, ырааттуу технологиялык тоскоолдуктар сакталып келет.

Катуу абалдагы батареялар дүйнөсүндө катуу электролит материалдары үчүн үч негизги система бар: полимерлер, оксиддер жана сульфиддер. Ар биринин өзүнүн күчтүү жана алсыз жактары бар жана бардыгы коммерциялаштырууга мүнөздүү өндүрүштүн масштабдуулугу жана сапатты көзөмөлдөө көйгөйлөрү менен күрөшүшү керек.

Скептиктер электр унааларынын кыш мезгилиндеги диапазонунун кыскарышын шылдыңдашат, анткени учурдагы суюк батарейкалардын төмөн температурада иштеши начар, ошол эле учурда жайында кубаттоо учурунда күйүп кетүү коркунучу да тынчсыздандырат. Бул бардык мезгилдердин талаптарына жооп бере ала турган коопсуз, натыйжалуураак батареянын зарылдыгын баса белгилейт.

Катуу электролиттер үчүн татаал структураларды түзүү үчүн 3D басып чыгаруу менен эксперимент кандайдыр бир убаданы көрсөттү. Мисалы, Оксфорд университетинин изилдөөчүлөрү 3D басып чыгарууну механикалык бекемдикти жакшыртуу жана жеңил сынууну алдын алуу үчүн катуу электролит менен толтурулган үч өлчөмдүү негизди куруу үчүн колдонушкан. Ошо сыяктуу эле, америкалык Сакуу компаниясы талап кылынган электрод материалдарын жана катуу электролит порошокторун субстраттын үстүнө салуу жана аларды суюк реагенттер менен “катуулоо” үчүн байланыштыргыч агытуу технологиясын колдонот.

3D басып чыгаруу интерфейсинин контакт аймагын кеңейтүү жана материалдын көзөнөктүүлүгүн көзөмөлдөө каражатын сунуш кылышы мүмкүн, бирок бул эксперименталдык ыкмаларды жашоого жөндөмдүү, массалык түрдө чыгарылган чечимге айландыруу алдында дагы деле негизги тоскоолдуктар бар. Иштин натыйжалуулугун жана наркын теңдөө, масштабдуулукка жетишүү жана сапатты көзөмөлдөөнүн катуу стандарттарын сактоо - бул келечектүү чечимдерди жолдо эмес, лабораторияда сактап турган алдыда келе жаткан кыйынчылыктар.

Биз барган сайын электрдик келечекке карай жарышып баратканда, мүнөздүү тобокелдиктер жана коопсуздук чараларын жакшыртууга дайыма умтулуу өнөр жайды агымдын абалында кармап турат. Коркунучтуу кыйынчылыктарга карабастан, тынымсыз инновациялар жана туруктуу келечекке берилгендик менен бекемделген коопсуз, натыйжалуураак электр унаа индустриясына карай жүрүш уланууда. Адаттагыдай эле, New Yorker бул окуяларга кылдат көз салып, алдыдагы саякат боюнча түшүнүк жана талдоо сунуш кылууга даяр.