Шта се дешава када ЕВ батерија изгори?

Када ЕВ батерија изгори, то је обично због феномена који се зове „термички бег“. Поједностављено речено, то је ланчана реакција која почиње када се ћелија у батерији из неког разлога прегреје, често због спољашњих физичких оштећења, прегревања или прекомерног пуњења (који се називају „спољне штете“). Понекад се може покренути унутрашњим проблемом као што су грешке у производњи или кратки спој унутар ћелије батерије (који се назива „унутрашње бриге“).

Запаљена батерија за ЕВ може бити посебно забрињавајућа јер, за разлику од традиционалног аутомобила са мотором са унутрашњим сагоревањем, батерије у ЕВ-има често трају целом дужином возила. Једном када се једна ћелија у ЕВ батеријском пакету запали, топлота може проузроковати да се и оближње ћелије запале, што доводи до ланчане реакције која може брзо захватити цео пакет батерија и потенцијално цело возило.

Да би се проблем погоршао, најчешћи тип батерије који се користи у данашњим електричним возилима, литијум-јонска батерија, садржи запаљиве органске течне електролите. Ово чини ове батерије склонијим да се запале и експлодирају када су оштећене или се њима неправилно рукује. Поред тога, постоји и специфичан ризик који се назива „литијум дендрити“, који су ситне избочине налик игли које се могу развити на аноди током пуњења. Ако ови дендрити нарасту довољно велики, могу да пробију сепаратор, узрокујући кратак спој и можда доводећи до ситуације топлотног бекства.

Стога су интегритет структуре батерије и квалитет сепаратора кључни фактори у обезбеђивању безбедности ЕВ батерије. Као такве, квалитетне батерије пролазе кроз различите тестове стреса пре него што напусте фабрику, укључујући тест „пробијања“ који симулира кратак спој изазван истовременим оштећењем позитивне и негативне електроде и сепаратора.

Упркос горе наведеном, важно је напоменути да је топлотни одлазак у електричним возилима релативно реткост, а многи произвођачи, истраживачи и институције марљиво раде на даљем побољшању безбедности ових батерија. Један приступ је развој чврстих батерија, које замењују запаљиви течни електролит незапаљивим чврстим. Међутим, од 2023. године, ове батерије су још увек у великој мери у фази истраживања и развоја.

У раним данима августа 2023. НИО ЕС8 се сударио са стубом пута у Џеђиангу, у Кини, и избио у пламен у року од неколико секунди, одневши живот возача. Инцидент је још под истрагом. Само неколико дана раније, крајем јула, Тесла Модел И и Ауди седан сударили су се у Донггуану у Гуангдонгу. Тесла је изгубио контролу, ударио у заштитну ограду и запалио се.

Премотајте мало даље и налазимо НИО АУТО станицу за замену батерија у Јиангмену, Гуангдонг, у пламену. Узрок? Батерија корисника НИО-а, даљински идентификована као оштећена спољним силама, запалила се током прегледа по повратку у станицу.

Ово су сценарији ноћне море које су замислили многи ентузијасти бензина отпорни на загрљај електричних возила (ЕВ), а које је најтеже ублажити: сигурност ЕВ батерија. Овај страх није неоснован; пожари у батеријама могу бити алармантнији у електричним возилима него у конвенционалним аутомобилима. На пример, батерија у ЕВ је интегрисана у цело возило, што га чини склоним потпуном сагоревању у случају пожара. Што је још више узнемирујуће, док су пожари конвенционалних возила генерално повезани са саобраћајним несрећама, електрична возила понекад могу спонтано да се запале док мирују, чинећи вести још истакнутијим.

Уобичајени разлози ових инцидената „термалног бекства“ спадају у две категорије: спољне претње и унутрашње бриге. Спољашње претње укључују механичко злостављање, термичко коришћење и електричну злоупотребу, обично због несрећа, високих температура, прекомерног пуњења или пражњења. Поред тога што се запалио након озбиљног судара током саобраћајних инцидената, НИО је такође пријавио догађај спонтаног сагоревања ЕС8 ЕВ 2019. током одржавања због кратког споја изазваног компресијом структуре батерије након удара у шасију. Скоро сви остали кинески произвођачи електричних возила пријавили су сличне случајеве.

Такозване унутрашње бриге су вишеструке. Садашње литијум-јонске батерије, састављене углавном од позитивних и негативних електрода, сепаратора и електролита, представљају своје јединствене опасности. На пример, феномен литијумске превлаке настаје када се литијум јони који се крећу унутар батерије акумулирају на танкој мембрани која раздваја електроде, формирајући литијум дендрите. Ови дендрити могу пробити мембрану, узрокујући кратак спој и брзу акумулацију топлоте.

Дакле, интегритет структуре батерије и квалитет сепаратора су кључне детерминанте безбедности батерије. Висококвалитетне батерије се подвргавају ригорозном тестирању пре него што напусте фабрику, укључујући тест „продирања ексера“ (иако није универзално обавезан) који има за циљ кратак спој оштећењем интегритета позитивне и негативне електроде и сепаратора.

Имајући ово на уму, чини се да је природан пут ка побољшању безбедности јасан: замените запаљиви органски електролит непокретним, термички стабилним чврстим материјалом који не цури. Солид-стате батерије су постале очигледна „следећа станица“ у мапи пута индустрије батерија за њихову безбедност и густину енергије. Међутим, пут ка широком усвајању показао се неухватљивим. Упркос томе што је америчка национална лабораторија Оак Риџ створила прву солид-стате батерију још 1990. године, постојале су сталне технолошке препреке.

У свету чврстих батерија, постоје три главна система за чврсте електролитне материјале: полимери, оксиди и сулфиди. Сваки од њих има своје предности и слабости, и сви се морају борити са изазовима скалабилности производње и контроле квалитета који су својствени комерцијализацији.

Скептици се подсмевају смањеном домету електричних возила зими због лоших перформанси текућих батерија на ниским температурама, док је потенцијални ризик од сагоревања током пуњења током лета такође забрињавајући. Ово наглашава потребу за сигурнијом, ефикаснијом батеријом која може да поднесе захтеве свих годишњих доба.

Експериментисање са 3Д штампањем за стварање сложених структура за чврсте електролите показало је извесно обећање. На пример, истраживачи са Универзитета у Оксфорду су користили 3Д штампање да би направили тродимензионални оквир, напуњен чврстим електролитом, како би побољшали механичку чврстоћу и спречили лако ломљење. Слично, америчка компанија Сакуу користи технологију млаза везива да нанесе потребне материјале за електроде и прах чврстих електролита на подлогу и „учврсти“ их течним реагенсима.

Иако 3Д штампа може да понуди средство за проширење контактне површине интерфејса и контролу порозности материјала, још увек постоје велике препреке које треба превазићи пре него што се ове експерименталне технике могу трансформисати у одрживо, масовно произведено решење. Балансирање перформанси и трошкова, постизање скалабилности и одржавање строгих стандарда контроле квалитета су изазови који ова обећавајућа решења остају у лабораторији, а не на путу.

Док трчимо у све више електричну будућност, инхерентни ризици и стална тежња за побољшаним безбедносним мерама држе индустрију у стању промене. Упркос застрашујућим изазовима, поход ка сигурнијој, ефикаснијој индустрији електричних возила се наставља, подстакнут немилосрдним иновацијама и посвећеношћу одрживој будућности. Као и увек, Нев Иоркер ће будно пратити овај развој догађаја, спреман да понуди увид и анализу на путу који је пред нама.