Kas notiek, kad sadeg EV akumulators?

Kad EV akumulators sadedzina, tas parasti ir saistīts ar fenomenu, ko sauc par "termisko bēgšanu". Vienkāršoti izsakoties, tā ir ķēdes reakcija, kas sākas, kad kāda iemesla dēļ akumulatora šūna pārkarst, bieži vien ārēju fizisku bojājumu, pārkaršanas vai pārlādēšanas (saukta par “ārēju kaitējumu”) dēļ. Dažreiz to var izraisīt iekšēja problēma, piemēram, ražošanas defekti vai īssavienojums akumulatora elementā (saukts par "iekšējām bažām").

Degošs EV akumulators var būt īpaši satraucošs, jo atšķirībā no tradicionālajām automašīnām ar iekšdedzes dzinēju EV akumulatori bieži darbojas visā transportlīdzekļa garumā. Kad EV akumulatora blokā aizdegas viena šūna, karstums var izraisīt arī blakus esošo elementu aizdegšanos, izraisot ķēdes reakciju, kas var ātri pārņemt visu akumulatoru un, iespējams, visu transportlīdzekli.

Lai sarežģītu problēmu, visizplatītākais akumulatoru veids, ko izmanto mūsdienu EV, litija jonu akumulators, satur viegli uzliesmojošus organiskos šķidros elektrolītus. Tas padara šīs baterijas vairāk pakļautas aizdegšanās un eksplozijas gadījumā, ja tās ir bojātas vai nepareizi rīkojas. Turklāt pastāv īpašs risks, ko sauc par “litija dendritiem”, kas ir mazi, adatai līdzīgi izvirzījumi, kas uzlādes laikā var veidoties uz anoda. Ja šie dendriti kļūst pietiekami lieli, tie var caurdurt separatoru, izraisot īssavienojumu un, iespējams, izraisot termisku aizbēgšanas situāciju.

Tāpēc akumulatora struktūras integritāte un separatoru kvalitāte ir izšķiroši faktori EV akumulatora drošības nodrošināšanā. Kvalitatīviem akumulatoriem pirms izvešanas no rūpnīcas tiek veiktas dažādas slodzes pārbaudes, tostarp pārduršanas tests, kas simulē īssavienojumu, ko izraisa vienlaicīga pozitīvā un negatīvā elektroda un separatora bojājums.

Neraugoties uz iepriekš minēto, ir svarīgi atzīmēt, ka termiskā bēgšana EV ir salīdzinoši reti sastopama, un daudzi ražotāji, pētnieki un iestādes rūpīgi strādā, lai vēl vairāk uzlabotu šo akumulatoru drošību. Viena pieeja ir cietvielu akumulatoru izstrāde, kas aizstāj uzliesmojošu šķidru elektrolītu ar neuzliesmojošu cietu elektrolītu. Tomēr no 2023. gada šīs baterijas joprojām lielākoties atrodas pētniecības un izstrādes stadijā.

2023. gada augusta pirmajās dienās NIO ES8 sadūrās ar ceļa stabu Džedzjanā, Ķīnā, un dažu sekunžu laikā izcēlās liesmās, prasot vadītāja dzīvību. Notikums joprojām tiek izmeklēts. Tikai dažas dienas iepriekš, jūlija beigās, Dongguanā, Guandunas štatā, sadūrās Tesla Model Y un Audi sedans. Tesla zaudēja kontroli, ietriecās aizsargmargās un uzliesmoja.

Attiniet mazliet tālāk, un mēs atrodam NIO AUTO akumulatoru maiņas staciju Dzjanmeņā, Guandunas štatā, degošu. Cēlonis? NIO lietotāja akumulators, kas attālināti identificēts kā ārēju spēku bojāts, pārbaudes laikā pēc atgriešanās stacijā aizdegās.

Šos murgu scenārijus ir iedomājušies daudzi benzīna entuziasti, kas ir izturīgi pret elektrisko transportlīdzekļu (EV) apskāvienu, un kurus ir visgrūtāk mazināt: EV akumulatoru drošība. Šīs bailes nav nepamatotas; akumulatoru ugunsgrēki EV var būt satraucošāki nekā parastajās automašīnās. Piemēram, EV akumulators ir integrēts visā transportlīdzeklī, padarot to pakļautu pilnīgai aizdegšanai ugunsgrēka gadījumā. Vēl satraucošāk, lai gan parastie transportlīdzekļu ugunsgrēki parasti ir saistīti ar satiksmes negadījumiem, EV dažkārt var spontāni aizdegties, atrodoties miera stāvoklī, padarot ziņas daudz svarīgākas.

Šo “termiskās bēgšanas” incidentu biežākie iemesli ir iedalīti divās kategorijās: ārējie draudi un iekšējas bažas. Ārējie apdraudējumi ir saistīti ar mehānisku, termisku un elektroenerģiju, ko parasti izraisa negadījumi, augsta temperatūra, pārmērīga uzlāde vai izlāde. Papildus aizdegšanās brīdim smagas sadursmes laikā satiksmes negadījumu laikā, NIO ziņoja arī par ES8 EV spontānas aizdegšanās gadījumu 2019. gadā apkopes laikā, ko izraisīja īssavienojums, ko izraisīja akumulatora bloka struktūras saspiešana pēc trieciena ar šasiju. Gandrīz visi citi Ķīnas EV ražotāji ir ziņojuši par līdzīgiem gadījumiem.

Tā sauktās iekšējās rūpes ir daudzšķautņainas. Pašreizējie litija jonu akumulatori, kas galvenokārt sastāv no pozitīviem un negatīviem elektrodiem, separatoriem un elektrolīta, rada savu unikālo apdraudējumu. Piemēram, litija pārklājuma parādība rodas, kad litija joni, kas pārvietojas akumulatorā, uzkrājas uz plānās membrānas, kas atdala elektrodus, veidojot litija dendrītus. Šie dendriti var caurdurt membrānu, izraisot īssavienojumu un ātru siltuma uzkrāšanos.

Tādējādi akumulatora struktūras integritāte un separatora kvalitāte ir izšķiroši akumulatora drošības noteicošie faktori. Augstas kvalitātes akumulatoriem pirms izvešanas no rūpnīcas tiek veikta stingra pārbaude, tostarp "naglas iespiešanās" tests (lai gan tas nav vispār obligāts), kura mērķis ir īssavienojums, sabojājot pozitīvā un negatīvā elektroda un separatora integritāti.

Paturot to prātā, dabiskais ceļš uz drošības uzlabošanu šķiet skaidrs: nomainiet uzliesmojošo organisko elektrolītu ar nekustīgu, necaurlaidīgu, termiski stabilu cietu materiālu. Cietvielu akumulatori ir kļuvuši par acīmredzamu "nākamo staciju" akumulatoru nozares ceļvedī to drošībai un enerģijas blīvumam. Tomēr ceļš uz plašu adopciju ir izrādījies netverams. Neraugoties uz to, ka ASV Oak Ridge Nacionālā laboratorija jau 1990. gadā izveidoja pirmo cietvielu akumulatoru, joprojām pastāv nemainīgi tehnoloģiski šķēršļi.

Cietvielu akumulatoru pasaulē ir trīs galvenās sistēmas cieto elektrolītu materiāliem: polimēri, oksīdi un sulfīdi. Katram no tiem ir savas stiprās un vājās puses, un visiem ir jācīnās ar ražošanas mērogojamības un kvalitātes kontroles izaicinājumiem, kas raksturīgi komercializācijai.

Skeptiķi ņirgājas par elektrisko transportlīdzekļu samazināto darbības rādiusu ziemā, jo pašreizējo šķidro akumulatoru sliktā veiktspēja zemā temperatūrā, savukārt bažas rada arī iespējamais aizdegšanās risks uzlādes laikā vasarā. Tas uzsver nepieciešamību pēc drošāka, efektīvāka akumulatora, kas spēj apmierināt visu gadalaiku prasības.

Eksperimenti ar 3D drukāšanu, lai izveidotu sarežģītas struktūras cietiem elektrolītiem, ir parādījuši dažus solījumus. Piemēram, Oksfordas universitātes pētnieki ir izmantojuši 3D drukāšanu, lai izveidotu trīsdimensiju karkasu, kas piepildīta ar cietu elektrolītu, lai uzlabotu mehānisko izturību un novērstu vieglu lūzumu. Tāpat ASV uzņēmums Sakuu izmanto saistvielu strūklas tehnoloģiju, lai uz substrāta uzklātu nepieciešamos elektrodu materiālus un cietos elektrolītu pulverus un “sacietētu” tos ar šķidriem reaģentiem.

Lai gan 3D drukāšana var piedāvāt līdzekļus, lai paplašinātu saskarnes kontaktu laukumu un kontrolētu materiāla porainību, joprojām ir jāpārvar lieli šķēršļi, pirms šīs eksperimentālās metodes var pārveidot par dzīvotspējīgu, masveidā ražotu risinājumu. Veiktspējas un izmaksu līdzsvarošana, mērogojamības sasniegšana un stingru kvalitātes kontroles standartu saglabāšana ir draudošās problēmas, kuru dēļ šie daudzsološie risinājumi paliek laboratorijā, nevis ceļā.

Sacenšoties pretī arvien elektriskākai nākotnei, raksturīgie riski un nepārtraukta tiekšanās pēc uzlabotiem drošības pasākumiem notur nozari mainīgā stāvoklī. Neskatoties uz biedējošajiem izaicinājumiem, gājiens uz drošāku, efektīvāku elektrisko transportlīdzekļu nozari turpinās, ko veicina nerimstoši jauninājumi un apņemšanās nodrošināt ilgtspējīgu nākotni. Kā vienmēr, New Yorker uzmanīgi sekos šīm norisēm, lai sniegtu ieskatu un analīzi par turpmāko ceļojumu.