Ce se întâmplă când o baterie EV arde?

Atunci când o baterie EV arde, se datorează de obicei unui fenomen numit „fuga termică”. În termeni simplificați, este o reacție în lanț care începe atunci când o celulă din baterie este supraîncălzită dintr-un anumit motiv, adesea din cauza deteriorării fizice externe, supraîncălzirii sau supraîncărcării (denumite „daune externe”). Uneori, poate fi declanșat de o problemă internă, cum ar fi defecte de fabricație sau un scurtcircuit în interiorul celulei bateriei (denumite „ingrijorări interne”).

O baterie EV care arde poate fi deosebit de îngrijorătoare deoarece, spre deosebire de o mașină tradițională cu motor cu ardere internă, bateriile vehiculelor electrice rulează adesea pe toată lungimea vehiculului. Odată ce o celulă dintr-un pachet de baterii EV ia foc, căldura poate determina și celulele din apropiere să ia foc, ceea ce duce la o reacție în lanț care poate înghiți rapid întregul acumulator și, eventual, întregul vehicul.

Pentru a agrava problema, cel mai comun tip de baterie folosit în vehiculele electrice de astăzi, bateria litiu-ion, conține electroliți lichidi organici inflamabili. Acest lucru face ca aceste baterii să fie mai predispuse să ia foc și să explodeze atunci când sunt deteriorate sau manipulate necorespunzător. În plus, există un risc specific numit „dendrite de litiu”, care sunt proiecții minuscule, asemănătoare unui ac, care se pot dezvolta pe anod în timpul încărcării. Dacă aceste dendrite cresc suficient de mari, ele pot străpunge separatorul, provocând un scurtcircuit și, posibil, ducând la o situație de evadare termică.

Prin urmare, integritatea structurii bateriei și calitatea separatoarelor sunt factori cruciali în asigurarea siguranței unei baterii EV. Ca atare, bateriile de calitate sunt supuse diferitelor teste de stres înainte de a părăsi fabrica, inclusiv un test de „punctură” care simulează un scurtcircuit cauzat de deteriorarea simultană a electrozilor pozitivi și negativi și a separatorului.

În ciuda celor de mai sus, este important de reținut că evadarea termică a vehiculelor electrice este relativ rară și mulți producători, cercetători și instituții lucrează cu sârguință pentru a îmbunătăți și mai mult siguranța acestor baterii. O abordare este dezvoltarea bateriilor cu stare solidă, care înlocuiesc electrolitul lichid inflamabil cu unul solid neinflamabil. Cu toate acestea, din 2023, aceste baterii sunt încă în mare parte în stadiul de cercetare și dezvoltare.

În primele zile ale lunii august 2023, un NIO ES8 s-a ciocnit de un stâlp de drum în Zhejiang, China, și a izbucnit în flăcări în câteva secunde, punând viața șoferului. Incidentul este încă în curs de anchetă. Cu doar câteva zile înainte, la sfârșitul lunii iulie, un Tesla Model Y și un Audi sedan s-au ciocnit în Dongguan, Guangdong. Tesla a pierdut controlul, a lovit o balustradă și a izbucnit în flăcări.

Derulați înapoi puțin mai departe și găsim o stație de schimb de baterii NIO AUTO în Jiangmen, Guangdong, în flăcări. Cauza? Bateria unui utilizator NIO, identificată de la distanță ca fiind deteriorată de forțele externe, a luat foc în timpul inspecției la întoarcerea la stație.

Acestea sunt scenariile de coșmar pe care și le-au imaginat mulți pasionați de benzină rezistenți la îmbrățișarea vehiculelor electrice (EV) și cele mai greu de atenuat: siguranța bateriilor EV. Această teamă nu este neîntemeiată; incendiile bateriei pot fi mai alarmante în vehiculele electrice decât în ​​mașinile convenționale. De exemplu, bateria unui vehicul electric este integrată în întregul vehicul, ceea ce îl face predispus la ardere totală în cazul unui incendiu. Și mai neliniștitor, în timp ce incendiile de vehicule convenționale sunt în general asociate cu accidente de circulație, vehiculele electrice pot arde uneori spontan în timp ce sunt în repaus, ceea ce face știrile mai importante.

Motivele obișnuite pentru aceste incidente de „fuga termică” se împart în două categorii: amenințări externe și griji interne. Amenințările externe implică abuzul mecanic, abuzul termic și abuzul electric, de obicei din cauza accidentelor, temperaturilor ridicate, supraîncărcării sau descărcării. Pe lângă faptul că a luat foc la o coliziune gravă în timpul incidentelor de trafic, NIO a raportat, de asemenea, un eveniment de ardere spontană a unui ES8 EV în 2019, în timpul întreținerii, din cauza unui scurtcircuit cauzat de comprimarea structurii acumulatorului în urma unui impact asupra șasiului. Aproape toți ceilalți producători chinezi de vehicule electrice au raportat cazuri similare.

Așa-numitele griji interne au mai multe fațete. Bateriile litiu-ion actuale, compuse în principal din electrozi pozitivi și negativi, separatoare și electroliți, prezintă propriile pericole unice. De exemplu, fenomenul de placare cu litiu are loc atunci când ionii de litiu care se mișcă în interiorul bateriei se acumulează pe membrana subțire care separă electrozii, formând dendrite de litiu. Aceste dendrite pot străpunge membrana, provocând un scurtcircuit și acumulare rapidă de căldură.

Prin urmare, integritatea structurii bateriei și calitatea separatorului sunt determinanți cruciali ai siguranței bateriei. Bateriile de înaltă calitate sunt supuse unor teste riguroase înainte de a părăsi fabrica, inclusiv un test de „penetrare a unghiilor” (deși nu este universal obligatoriu) care vizează scurtcircuitarea prin deteriorarea integrității electrozilor pozitivi și negativi și a separatorului.

Având în vedere acest lucru, calea naturală către îmbunătățirea siguranței pare clară: înlocuiți electrolitul organic inflamabil cu un material solid imobil, fără scurgeri, stabil termic. Bateriile cu stare solidă au devenit „următoarea stație” evidentă în foaia de parcurs a industriei bateriilor pentru siguranța și densitatea lor energetică. Cu toate acestea, călătoria către adoptarea pe scară largă s-a dovedit evazivă. În ciuda faptului că Laboratorul Național Oak Ridge din SUA a creat prima baterie cu stare solidă încă din 1990, obstacolele tehnologice consistente au persistat.

În lumea bateriilor cu stare solidă, există trei sisteme principale pentru materiale electrolitice solide: polimeri, oxizi și sulfuri. Fiecare are propriile puncte forte și puncte slabe și toți trebuie să facă față provocărilor de scalabilitate a producției și controlul calității inerente comercializării.

Scepticii batjocoresc autonomia redusă a vehiculelor electrice în timpul iernii din cauza performanței slabe la temperatură scăzută a bateriilor lichide actuale, în timp ce riscul potențial de ardere în timpul încărcării vara este, de asemenea, o preocupare. Acest lucru subliniază necesitatea unei baterii mai sigure, mai eficiente, care să poată face față cerințelor tuturor anotimpurilor.

Experimentarea cu imprimarea 3D pentru a crea structuri complexe pentru electroliți solizi a arătat o anumită promisiune. De exemplu, cercetătorii de la Universitatea din Oxford au folosit imprimarea 3D pentru a construi un cadru tridimensional, umplut cu un electrolit solid, pentru a îmbunătăți rezistența mecanică și a preveni fracturarea ușoară. În mod similar, compania americană Sakuu folosește tehnologia de jet de liant pentru a depune materialele necesare pentru electrozi și pulberile de electroliți solide pe un substrat și pentru a le „solidifica” cu reactivi lichizi.

În timp ce imprimarea 3D poate oferi o modalitate de a extinde zona de contact a interfeței și de a controla porozitatea materialului, există încă obstacole majore de depășit înainte ca aceste tehnici experimentale să poată fi transformate într-o soluție viabilă, produsă în masă. Echilibrarea performanței și costurilor, atingerea scalabilității și menținerea standardelor stricte de control al calității sunt provocările care se profilează care mențin aceste soluții promițătoare în laborator, mai degrabă decât pe drum.

Pe măsură ce ne cursăm într-un viitor din ce în ce mai electric, riscurile inerente și urmărirea constantă a măsurilor de siguranță îmbunătățite mențin industria într-o stare de flux. În ciuda provocărilor descurajante, marșul către o industrie a vehiculelor electrice mai sigure și mai eficiente continuă, alimentat de inovație neobosită și angajamentul față de un viitor durabil. Ca întotdeauna, New Yorker-ul își va păstra cu atenție aceste evoluții, gata să ofere perspective și analize asupra călătoriei care urmează.