O que acontece quando uma bateria EV queima?

Quando uma bateria de EV queima, normalmente é devido a um fenômeno chamado “fuga térmica”. Em termos simplificados, é uma reação em cadeia que começa quando uma célula da bateria fica superaquecida por algum motivo, muitas vezes devido a danos físicos externos, superaquecimento ou sobrecarga (referidos como “danos externos”). Às vezes, pode ser desencadeado por um problema interno, como defeitos de fabricação ou um curto-circuito dentro da célula da bateria (referido como “preocupações internas”).

Uma bateria de VE queimando pode ser especialmente preocupante porque, ao contrário de um carro com motor de combustão interna tradicional, as baterias em VEs geralmente percorrem toda a extensão do veículo. Quando uma célula de uma bateria EV pega fogo, o calor pode fazer com que as células próximas também peguem fogo, levando a uma reação em cadeia que pode envolver rapidamente toda a bateria e, potencialmente, todo o veículo.

Para agravar o problema, o tipo mais comum de bateria usado nos veículos elétricos de hoje, a bateria de íon-lítio, contém eletrólitos líquidos orgânicos inflamáveis. Isso torna essas baterias mais propensas a pegar fogo e explodir quando danificadas ou manuseadas incorretamente. Além disso, há um risco específico chamado “dendritos de lítio”, que são pequenas projeções semelhantes a agulhas que podem se desenvolver no ânodo durante o carregamento. Se esses dendritos crescerem o suficiente, eles podem perfurar o separador, causando um curto-circuito e possivelmente levando a uma situação de fuga térmica.

Portanto, a integridade da estrutura da bateria e a qualidade dos separadores são fatores cruciais para garantir a segurança de uma bateria EV. Assim, as baterias de qualidade passam por vários testes de estresse antes de saírem da fábrica, incluindo um teste de “punção” que simula um curto-circuito causado pelo dano simultâneo nos eletrodos positivo e negativo e no separador.

Apesar do exposto, é importante observar que a fuga térmica em EVs é relativamente rara e muitos fabricantes, pesquisadores e instituições estão trabalhando diligentemente para melhorar ainda mais a segurança dessas baterias. Uma abordagem é o desenvolvimento de baterias de estado sólido, que substituem o eletrólito líquido inflamável por um sólido não inflamável. No entanto, a partir de 2023, essas baterias ainda estão em fase de pesquisa e desenvolvimento.

Nos primeiros dias de agosto de 2023, um NIO ES8 colidiu com um pilar de estrada em Zhejiang, China, e explodiu em chamas em segundos, tirando a vida do motorista. O incidente ainda está sob investigação. Poucos dias antes, no final de julho, um Tesla Model Y e um Audi sedã colidiram em Dongguan, Guangdong. O Tesla perdeu o controle, atingiu um guarda-corpo e pegou fogo.

Volte um pouco mais e encontramos uma estação de troca de bateria NIO AUTO em Jiangmen, Guangdong, em chamas. A causa? A bateria de um usuário do NIO, identificada remotamente como danificada por forças externas, pegou fogo durante a inspeção ao retornar à estação.

Esses são os cenários de pesadelo que muitos entusiastas da gasolina que resistem à adoção de veículos elétricos (EVs) imaginaram, e os mais difíceis de aliviar: a segurança das baterias EV. Esse medo não é infundado; incêndios de bateria podem ser mais alarmantes em EVs do que em carros convencionais. Por exemplo, a bateria de um VE está integrada em todo o veículo, tornando-o propenso à combustão total em caso de incêndio. Ainda mais perturbador, enquanto os incêndios em veículos convencionais são geralmente associados a acidentes de trânsito, os VEs podem às vezes entrar em combustão espontânea enquanto estão parados, tornando as notícias mais evidentes.

As razões comuns para esses incidentes de “fuga térmica” se enquadram em duas categorias: ameaças externas e preocupações internas. Ameaças externas envolvem abuso mecânico, abuso térmico e abuso elétrico, geralmente devido a acidentes, altas temperaturas, sobrecarga ou descarga. Além de pegar fogo após colisão grave durante incidentes de trânsito, a NIO também relatou um evento de combustão espontânea de um ES8 EV em 2019 durante a manutenção devido a um curto-circuito causado pela compressão da estrutura da bateria após um impacto no chassi. Quase todos os outros fabricantes chineses de veículos elétricos relataram casos semelhantes.

As chamadas preocupações internas são multifacetadas. As baterias atuais de íons de lítio, compostas principalmente de eletrodos positivos e negativos, separadores e eletrólitos, apresentam seus próprios perigos. Por exemplo, o fenômeno do banho de lítio ocorre quando os íons de lítio que se movem dentro da bateria se acumulam na fina membrana que separa os eletrodos, formando dendritos de lítio. Esses dendritos podem perfurar a membrana, causando um curto-circuito e um rápido acúmulo de calor.

Portanto, a integridade da estrutura da bateria e a qualidade do separador são determinantes cruciais da segurança da bateria. Baterias de alta qualidade passam por testes rigorosos antes de saírem da fábrica, incluindo um teste de “penetração de pregos” (embora não universalmente obrigatório) destinado a causar curto-circuito ao danificar a integridade dos eletrodos positivo e negativo e do separador.

Com isso em mente, o caminho natural para a melhoria da segurança parece claro: substituir o eletrólito orgânico inflamável por um material sólido imóvel, sem vazamentos e termicamente estável. As baterias de estado sólido tornaram-se a “próxima estação” óbvia no roteiro da indústria de baterias para sua segurança e densidade de energia. No entanto, a jornada para a adoção generalizada provou ser ilusória. Apesar do Laboratório Nacional de Oak Ridge dos EUA ter criado a primeira bateria de estado sólido já em 1990, persistem obstáculos tecnológicos consistentes.

No mundo das baterias de estado sólido, existem três sistemas principais para materiais eletrolíticos sólidos: polímeros, óxidos e sulfetos. Cada um tem seus próprios pontos fortes e fracos, e todos devem lidar com a escalabilidade da produção e os desafios de controle de qualidade inerentes à comercialização.

Os céticos zombam do alcance reduzido dos veículos elétricos no inverno devido ao baixo desempenho em baixa temperatura das baterias líquidas atuais, enquanto o risco potencial de combustão durante o carregamento no verão também é uma preocupação. Isso ressalta a necessidade de uma bateria mais segura e eficiente que possa lidar com as demandas de todas as estações.

A experimentação com impressão 3D para criar estruturas complexas para eletrólitos sólidos tem se mostrado promissora. Por exemplo, pesquisadores da Universidade de Oxford usaram a impressão 3D para construir uma estrutura tridimensional, preenchida com um eletrólito sólido, para melhorar a resistência mecânica e evitar fraturas fáceis. Da mesma forma, a empresa norte-americana Sakuu usa a tecnologia de jateamento de ligantes para depositar materiais de eletrodo necessários e pós de eletrólitos sólidos em um substrato e “solidificá-los” com reagentes líquidos.

Embora a impressão 3D possa oferecer um meio de expandir a área de contato da interface e controlar a porosidade do material, ainda existem grandes obstáculos a serem superados antes que essas técnicas experimentais possam ser transformadas em uma solução viável produzida em massa. Equilibrar desempenho e custo, alcançar escalabilidade e manter rigorosos padrões de controle de qualidade são os desafios iminentes que mantêm essas soluções promissoras no laboratório, e não na estrada.

À medida que corremos para um futuro cada vez mais elétrico, os riscos inerentes e a busca constante por medidas de segurança aprimoradas mantêm o setor em um estado de fluxo. Apesar dos desafios assustadores, a marcha em direção a uma indústria de veículos elétricos mais segura e eficiente continua, alimentada por inovação implacável e compromisso com um futuro sustentável. Como sempre, o New Yorker estará atento a esses desenvolvimentos, pronto para oferecer insights e análises sobre a jornada à frente.