Nini Hutokea Betri ya EV Inapowaka?

Betri ya EV inapowaka, kwa kawaida ni kutokana na jambo linaloitwa "kukimbia kwa joto." Kwa maneno yaliyorahisishwa, ni mmenyuko wa msururu ambao huanza wakati seli kwenye betri inapata joto kupita kiasi kwa sababu fulani, mara nyingi kwa sababu ya uharibifu wa nje wa mwili, joto kupita kiasi, au chaji kupita kiasi (inayojulikana kama "madhara ya nje"). Wakati mwingine, inaweza kusababishwa na tatizo la ndani kama vile kasoro za utengenezaji au mzunguko mfupi wa simu ndani ya seli ya betri (inayojulikana kama "wasiwasi wa ndani").

Betri ya EV inayowaka inaweza kuhusika hasa kwa sababu, tofauti na gari la kawaida la injini ya mwako wa ndani, betri katika EV mara nyingi huendesha urefu wa gari. Seli moja katika kifurushi cha betri ya EV inaposhika moto, joto linaweza kusababisha seli zilizo karibu kuwaka, na kusababisha athari ya mnyororo ambayo inaweza kumeza pakiti nzima ya betri kwa haraka na uwezekano wa gari zima.

Ili kuzidisha tatizo, aina ya kawaida ya betri inayotumika katika EV za leo, betri ya lithiamu-ioni, ina elektroliti za kioevu za kikaboni zinazoweza kuwaka. Hii hufanya betri hizi kuwa rahisi zaidi kuwaka moto na kulipuka zinapoharibiwa au kushughulikiwa ipasavyo. Zaidi ya hayo, kuna hatari maalum inayoitwa "lithium dendrites", ambayo ni makadirio madogo, kama sindano ambayo yanaweza kutokea kwenye anodi wakati wa kuchaji. Ikiwa dendrites hizi zitakua kubwa vya kutosha, zinaweza kutoboa kitenganishi, na kusababisha mzunguko mfupi na uwezekano wa kusababisha hali ya kukimbia kwa joto.

Kwa hivyo, uadilifu wa muundo wa betri na ubora wa vitenganishi ni mambo muhimu katika kuhakikisha usalama wa betri ya EV. Kwa hivyo, betri za ubora hupitia vipimo mbalimbali vya mkazo kabla ya kuondoka kwenye kiwanda, ikiwa ni pamoja na mtihani wa "kuchomwa" ambao huiga mzunguko mfupi unaosababishwa na uharibifu wa wakati huo huo wa elektroni chanya na hasi na kitenganishi.

Licha ya hayo hapo juu, ni muhimu kutambua kwamba kukimbia kwa mafuta katika EVs ni nadra sana, na watengenezaji wengi, watafiti, na taasisi zinafanya kazi kwa bidii ili kuboresha zaidi usalama wa betri hizi. Njia moja ni maendeleo ya betri za hali imara, ambazo hubadilisha electrolyte ya kioevu inayoweza kuwaka na imara isiyoweza kuwaka. Walakini, kufikia 2023, betri hizi bado ziko katika hatua ya utafiti na ukuzaji.

Mwanzoni mwa Agosti 2023, NIO ES8 iligongana na nguzo ya barabara huko Zhejiang, Uchina, na kuwaka moto ndani ya sekunde chache, na kusababisha maisha ya dereva. Tukio hilo bado linachunguzwa. Siku chache kabla, mwishoni mwa Julai, Tesla Model Y na Audi sedan ziligongana huko Dongguan, Guangdong. Tesla ilipoteza udhibiti, ikagonga ngome ya walinzi, na kuwaka moto.

Rudisha nyuma kidogo, na tunapata kituo cha kubadilisha betri cha NIO AUTO huko Jiangmen, Guangdong, kikiwaka. Sababu? Betri ya mtumiaji wa NIO, iliyotambuliwa kwa mbali kuwa imeharibiwa na nguvu za nje, ilishika moto wakati wa ukaguzi iliporudi kwenye kituo.

Haya ni matukio ya kutisha ambayo wengi wanaopenda petroli wanaostahimili kukumbatia magari ya umeme (EVs) wamefikiria, na magumu zaidi kupunguza: usalama wa betri za EV. Hofu hii haina msingi; moto wa betri unaweza kuwa wa kutisha zaidi katika EVs kuliko magari ya kawaida. Kwa mfano, betri katika EV huunganishwa katika gari lote, na kuifanya iwe rahisi kuwaka kabisa moto unapotokea. Inasikitisha zaidi, ingawa moto wa kawaida wa magari kwa ujumla huhusishwa na ajali za barabarani, EV wakati mwingine zinaweza kuwaka moto wakati zimepumzika, na kufanya habari kuwa muhimu zaidi.

Sababu za kawaida za matukio haya ya "kukimbia kwa joto" huanguka katika makundi mawili: vitisho vya nje na wasiwasi wa ndani. Vitisho kutoka nje vinahusisha matumizi mabaya ya kiufundi, matumizi mabaya ya mafuta na matumizi mabaya ya umeme, kwa kawaida kutokana na ajali, halijoto ya juu, kutozwa chaji kupita kiasi au kutoza umeme. Mbali na kuwaka moto kwenye mgongano mkali wakati wa matukio ya trafiki, NIO pia iliripoti tukio la mwako wa moja kwa moja la ES8 EV mnamo 2019 wakati wa matengenezo kwa sababu ya mzunguko mfupi uliosababishwa na mgandamizo wa muundo wa pakiti ya betri kufuatia athari ya chasi. Takriban watengenezaji wengine wote wa EV wa China wameripoti visa kama hivyo.

Kinachojulikana kuwa wasiwasi wa ndani ni wa pande nyingi. Betri za sasa za lithiamu-ioni, zinazojumuisha hasa elektrodi chanya na hasi, vitenganishi, na elektroliti, huwasilisha hatari zao za kipekee. Kwa mfano, jambo la uwekaji wa lithiamu hutokea wakati ayoni za lithiamu zinazosonga ndani ya betri hujilimbikiza kwenye utando mwembamba unaotenganisha elektrodi, na kutengeneza dendrites za lithiamu. Dendrites hizi zinaweza kutoboa utando, na kusababisha mzunguko mfupi na mkusanyiko wa joto wa haraka.

Kwa hivyo, uadilifu wa muundo wa betri na ubora wa kitenganishi ni viashiria muhimu vya usalama wa betri. Betri za ubora wa juu hupitia majaribio makali kabla ya kuondoka kiwandani, ikijumuisha jaribio la "kupenya kucha" (ingawa si lazima kwa wote) linalolenga kufanya mzunguko mfupi wa mzunguko kwa kuharibu uadilifu wa elektrodi chanya na hasi na kitenganishi.

Kwa kuzingatia hili, njia asilia ya uboreshaji wa usalama inaonekana wazi: badilisha elektroliti hai inayoweza kuwaka na nyenzo dhabiti isiyohamishika, isiyovuja, na thabiti ya joto. Betri za hali imara zimekuwa "kituo kinachofuata" dhahiri katika ramani ya sekta ya betri kwa usalama wao na msongamano wa nishati. Walakini, safari ya kupitishwa kwa watu wengi imeonekana kuwa ngumu. Licha ya Maabara ya Kitaifa ya Oak Ridge ya Marekani kuunda betri ya kwanza ya hali dhabiti mapema mwaka wa 1990, vikwazo vya kiteknolojia vilivyo thabiti vimeendelea kuwepo.

Katika ulimwengu wa betri za hali dhabiti, kuna mifumo mitatu kuu ya nyenzo dhabiti za elektroliti: polima, oksidi na sulfidi. Kila moja ina uwezo na udhaifu wake, na wote lazima wakabiliane na changamoto za upunguzaji wa uzalishaji na udhibiti wa ubora zinazopatikana katika biashara.

Watu wenye kutilia shaka hukejeli magari ya umeme yaliyopunguzwa kasi katika majira ya baridi kutokana na utendaji duni wa betri za kioevu za sasa za halijoto ya chini, ilhali hatari inayoweza kuwaka ya kuungua inapochaji katika majira ya joto pia inatia wasiwasi. Hii inasisitiza hitaji la betri salama na bora zaidi ambayo inaweza kushughulikia mahitaji ya misimu yote.

Majaribio ya uchapishaji wa 3D ili kuunda miundo changamano ya elektroliti thabiti imeonyesha ahadi fulani. Kwa mfano, watafiti katika Chuo Kikuu cha Oxford wametumia uchapishaji wa 3D ili kujenga mfumo wa pande tatu, uliojaa electrolyte imara, ili kuboresha nguvu za mitambo na kuzuia fracturing rahisi. Vile vile, kampuni ya Marekani ya Sakuu hutumia teknolojia ya jetting ya binder ili kuweka nyenzo zinazohitajika za elektrodi na poda dhabiti za elektroliti kwenye substrate na "kuiunganisha" kwa vitendanishi vya kioevu.

Ingawa uchapishaji wa 3D unaweza kutoa njia ya kupanua eneo la mawasiliano ya kiolesura na kudhibiti uthabiti wa nyenzo, bado kuna vizuizi vikubwa vya kushinda kabla ya mbinu hizi za majaribio kubadilishwa kuwa suluhisho linalowezekana, linalozalishwa kwa wingi. Kusawazisha utendakazi na gharama, kufikia kiwango kikubwa, na kudumisha viwango vikali vya udhibiti wa ubora ni changamoto zinazokuja ambazo huweka suluhu hizi za kuahidi kwenye maabara badala ya barabarani.

Tunapokimbilia katika siku zijazo zinazoongezeka za umeme, hatari za asili na kufuata mara kwa mara kwa hatua zilizoboreshwa za usalama huweka tasnia katika hali ya mabadiliko. Licha ya changamoto za kutisha, maandamano ya kuelekea sekta ya magari ya umeme iliyo salama na yenye ufanisi zaidi yanaendelea, yakichochewa na ubunifu usiokoma na kujitolea kwa mustakabali endelevu. Kama kawaida, New Yorker itaweka macho yake kwa umakini kwenye maendeleo haya, tayari kutoa maarifa na uchambuzi juu ya safari inayokuja.