Çfarë ndodh kur digjet një bateri EV?

Kur një bateri EV digjet, kjo është zakonisht për shkak të një fenomeni të quajtur "arratisje termike". Në terma të thjeshtuar, është një reaksion zinxhir që fillon kur një qelizë në bateri nxehet për ndonjë arsye, shpesh për shkak të dëmtimit të jashtëm fizik, mbinxehjes ose mbingarkimit (të referuara si "dëmtime të jashtme"). Ndonjëherë, mund të shkaktohet nga një problem i brendshëm, siç janë defektet e prodhimit ose një qark i shkurtër brenda qelizës së baterisë (të referuara si "shqetësime të brendshme").

Një bateri EV që digjet mund të jetë veçanërisht shqetësuese sepse, ndryshe nga një makinë tradicionale me motor me djegie të brendshme, bateritë në EV-të shpesh përdorin gjatësinë e automjetit. Sapo një qelizë në një paketë baterie EV merr flakë, nxehtësia mund të shkaktojë që edhe qelizat aty pranë të marrin flakë, duke çuar në një reaksion zinxhir që mund të përfshijë shpejt të gjithë paketën e baterisë dhe potencialisht të gjithë automjetin.

Për të komplikuar problemin, lloji më i zakonshëm i baterisë që përdoret në EV-të e sotme, bateria litium-jon, përmban elektrolite të lëngshme organike të ndezshme. Kjo i bën këto bateri më të prirura të marrin zjarr dhe të shpërthejnë kur dëmtohen ose trajtohen në mënyrë jo të duhur. Për më tepër, ekziston një rrezik specifik i quajtur "dendrite litiumi", të cilët janë projeksione të vogla në formë gjilpërash që mund të zhvillohen në anodë gjatë karikimit. Nëse këta dendritë rriten mjaftueshëm, ata mund të shpojnë ndarësin, duke shkaktuar një qark të shkurtër dhe ndoshta duke çuar në një situatë të largimit termik.

Prandaj, integriteti i strukturës së baterisë dhe cilësia e ndarësve janë faktorë vendimtarë për të garantuar sigurinë e një baterie EV. Si të tilla, bateritë cilësore i nënshtrohen testeve të ndryshme të stresit përpara se të largohen nga fabrika, duke përfshirë një test "punksioni" që simulon një qark të shkurtër të shkaktuar nga dëmtimi i njëkohshëm i elektrodave pozitive dhe negative dhe ndarësit.

Pavarësisht nga sa më sipër, është e rëndësishme të theksohet se largimi termik në EV është relativisht i rrallë dhe shumë prodhues, studiues dhe institucione po punojnë me zell për të përmirësuar më tej sigurinë e këtyre baterive. Një qasje është zhvillimi i baterive në gjendje të ngurtë, të cilat zëvendësojnë elektrolitin e lëngshëm të ndezshëm me një të ngurtë jo të ndezshëm. Megjithatë, që nga viti 2023, këto bateri janë ende kryesisht në fazën e kërkimit dhe zhvillimit.

Në ditët e para të gushtit 2023, një NIO ES8 u përplas me një shtyllë rruge në Zhejiang të Kinës dhe shpërtheu në flakë brenda sekondave, duke i marrë jetën shoferit. Ngjarja është ende nën hetim. Vetëm disa ditë më parë, në fund të korrikut, një Tesla Model Y dhe një sedan Audi u përplasën në Dongguan, Guangdong. Tesla humbi kontrollin, goditi një parmak dhe shpërtheu në flakë.

Kthehuni pak më tej dhe gjejmë një stacion të ndërrimit të baterive NIO AUTO në Jiangmen, Guangdong, në flakë. Shkaku? Bateria e një përdoruesi NIO, e identifikuar nga distanca si e dëmtuar nga forcat e jashtme, mori flakë gjatë inspektimit pas kthimit në stacion.

Këta janë skenarët makth që kanë imagjinuar shumë entuziastë të benzinës, rezistente ndaj përqafimit të automjeteve elektrike (EV-ve), dhe më të vështirat për t'u lehtësuar: siguria e baterive EV. Kjo frikë nuk është e pabazë; Zjarret e baterive mund të jenë më alarmante në EV sesa makinat konvencionale. Për shembull, bateria në një EV është e integruar në të gjithë automjetin, duke e bërë atë të prirur ndaj djegies totale në rast zjarri. Edhe më shqetësuese, ndërsa zjarret e automjeteve konvencionale shoqërohen në përgjithësi me aksidente trafiku, automjetet elektrike ndonjëherë mund të digjen spontanisht ndërsa janë në pushim, duke e bërë lajmin më të spikatur.

Arsyet e zakonshme për këto incidente të "arratisjes termike" ndahen në dy kategori: kërcënime të jashtme dhe shqetësime të brendshme. Kërcënimet e jashtme përfshijnë abuzimin mekanik, abuzimin termik dhe abuzimin me energjinë elektrike, zakonisht për shkak të aksidenteve, temperaturave të larta, mbingarkesës ose shkarkimit. Përveç kapjes së zjarrit pas përplasjes së rëndë gjatë incidenteve të trafikut, NIO raportoi gjithashtu një ngjarje djegie spontane të një ES8 EV në 2019 gjatë mirëmbajtjes për shkak të një qarku të shkurtër të shkaktuar nga ngjeshja e strukturës së paketës së baterisë pas një përplasjeje shasie. Pothuajse të gjithë prodhuesit e tjerë kinezë të automjeteve elektrike kanë raportuar raste të ngjashme.

Të ashtuquajturat shqetësime të brendshme janë të shumëanshme. Bateritë aktuale litium-jon, të përbëra kryesisht nga elektroda pozitive dhe negative, ndarës dhe elektrolit, paraqesin rreziqet e tyre unike. Për shembull, fenomeni i veshjes së litiumit ndodh kur jonet e litiumit që lëvizin brenda baterisë grumbullohen në membranën e hollë që ndan elektrodat, duke formuar dendritë litium. Këto dendrite mund të shpojnë membranën, duke shkaktuar një qark të shkurtër dhe akumulim të shpejtë të nxehtësisë.

Prandaj, integriteti i strukturës së baterisë dhe cilësia e ndarësit janë përcaktues thelbësorë të sigurisë së baterisë. Bateritë me cilësi të lartë i nënshtrohen testeve rigoroze përpara se të largohen nga fabrika, duke përfshirë një test "depërtimi të gozhdës" (ndonëse jo universalisht i detyrueshëm) që synon të qarkullojë të shkurtër duke dëmtuar integritetin e elektrodave pozitive dhe negative dhe ndarësit.

Duke pasur parasysh këtë, rruga natyrore për përmirësimin e sigurisë duket e qartë: zëvendësoni elektrolitin organik të ndezshëm me një material të ngurtë të palëvizshëm, pa rrjedhje dhe termikisht të qëndrueshëm. Bateritë në gjendje të ngurtë janë bërë "stacioni tjetër" i dukshëm në udhërrëfyesin e industrisë së baterive për sigurinë e tyre dhe densitetin e energjisë. Megjithatë, udhëtimi drejt adoptimit të gjerë ka rezultuar i pakapshëm. Pavarësisht se Laboratori Kombëtar i SHBA Oak Ridge krijoi baterinë e parë në gjendje të ngurtë që në vitin 1990, pengesat teknologjike të qëndrueshme kanë vazhduar.

Në botën e baterive në gjendje të ngurtë, ekzistojnë tre sisteme kryesore për materialet e ngurta elektrolite: polimere, okside dhe sulfide. Secili ka pikat e veta të forta dhe të dobëta, dhe të gjithë duhet të përballen me shkallëzueshmërinë e prodhimit dhe sfidat e kontrollit të cilësisë, të qenësishme në komercializimin.

Skeptikët tallen me rrezen e reduktuar të automjeteve elektrike në dimër për shkak të performancës së dobët të baterive të lëngshme aktuale në temperaturë të ulët, ndërsa rreziku i mundshëm i djegies gjatë karikimit në verë është gjithashtu një shqetësim. Kjo nënvizon nevojën për një bateri më të sigurt dhe më efikase që mund të përballojë kërkesat e të gjitha stinëve.

Eksperimentimi me printimin 3D për të krijuar struktura komplekse për elektrolite të ngurta ka treguar disa premtime. Për shembull, studiuesit në Universitetin e Oksfordit kanë përdorur printimin 3D për të ndërtuar një kornizë tre-dimensionale, të mbushur me një elektrolit të fortë, për të përmirësuar forcën mekanike dhe për të parandaluar thyerjen e lehtë. Në mënyrë të ngjashme, kompania amerikane Sakuu përdor teknologjinë e binder jetting për të depozituar materialet e nevojshme të elektrodës dhe pluhurat e ngurtë të elektrolitit në një substrat dhe për t'i "ngurtësuar" ato me reagentë të lëngshëm.

Ndërsa printimi 3D mund të ofrojë një mjet për të zgjeruar zonën e kontaktit të ndërfaqes dhe për të kontrolluar porozitetin e materialit, ka ende pengesa të mëdha për të kapërcyer përpara se këto teknika eksperimentale të mund të transformohen në një zgjidhje të qëndrueshme dhe të prodhuar në masë. Balancimi i performancës dhe kostos, arritja e shkallëzueshmërisë dhe ruajtja e standardeve të rrepta të kontrollit të cilësisë janë sfidat e afërta që i mbajnë këto zgjidhje premtuese në laborator dhe jo në rrugë.

Ndërsa ne garojmë drejt një të ardhmeje gjithnjë e më elektrike, rreziqet e natyrshme dhe ndjekja e vazhdueshme e masave të përmirësuara të sigurisë e mbajnë industrinë në një gjendje fluksi. Pavarësisht sfidave të frikshme, marshimi drejt një industrie më të sigurt dhe më efikase të automjeteve elektrike vazhdon, i nxitur nga inovacioni i pamëshirshëm dhe angazhimi për një të ardhme të qëndrueshme. Si gjithmonë, New Yorker do të mbajë një sy të mprehtë në këto zhvillime, i gatshëm për të ofruar njohuri dhe analiza mbi udhëtimin në vazhdim.