จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อแบตเตอรี่ EV ไหม้

เมื่อแบตเตอรี่ EV ไหม้ โดยทั่วไปเกิดจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่า พูดง่ายๆ ก็คือปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เริ่มต้นเมื่อเซลล์ในแบตเตอรี่ร้อนเกินไปด้วยเหตุผลบางอย่าง ซึ่งมักเกิดจากความเสียหายทางกายภาพภายนอก ความร้อนสูงเกินไป หรือการชาร์จมากเกินไป (เรียกว่า "อันตรายจากภายนอก") บางครั้งอาจเกิดจากปัญหาภายใน เช่น ข้อบกพร่องจากการผลิตหรือไฟฟ้าลัดวงจรภายในเซลล์แบตเตอรี่ (เรียกว่า "ความกังวลภายใน")

แบตเตอรี่ EV ที่เผาไหม้อาจเป็นเรื่องที่น่ากังวลเป็นพิเศษ เพราะไม่เหมือนกับรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบดั้งเดิมตรงที่ แบตเตอรี่ใน EV มักจะวิ่งตลอดความยาวของรถ เมื่อเซลล์หนึ่งในชุดแบตเตอรี่ EV ติดไฟ ความร้อนอาจทำให้เซลล์ใกล้เคียงติดไฟได้ ซึ่งนำไปสู่ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่สามารถกลืนชุดแบตเตอรี่ทั้งหมดอย่างรวดเร็วและอาจรวมถึงรถทั้งคัน

เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว แบตเตอรี่ชนิดที่ใช้กันทั่วไปในรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบัน ได้แก่ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งมีอิเล็กโทรไลต์เหลวอินทรีย์ที่ติดไฟได้ ทำให้แบตเตอรี่เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะติดไฟและระเบิดเมื่อได้รับความเสียหายหรือใช้งานไม่ถูกต้อง นอกจากนี้ยังมีความเสี่ยงเฉพาะที่เรียกว่า "ลิเธียมเดนไดรต์" ซึ่งมีขนาดเล็กคล้ายเข็มที่สามารถพัฒนาบนขั้วบวกระหว่างการชาร์จ หากเดนไดรต์เหล่านี้เติบโตมากพอ พวกมันสามารถทะลุผ่านตัวแยก ทำให้ไฟฟ้าลัดวงจรและอาจนำไปสู่สถานการณ์หนีความร้อนได้

ดังนั้น ความสมบูรณ์ของโครงสร้างแบตเตอรี่และคุณภาพของตัวคั่นจึงเป็นปัจจัยสำคัญในการรับประกันความปลอดภัยของแบตเตอรี่ EV ด้วยเหตุนี้ แบตเตอรี่ที่มีคุณภาพจึงผ่านการทดสอบความเครียดต่างๆ ก่อนออกจากโรงงาน รวมถึงการทดสอบ "การเจาะ" ที่จำลองการลัดวงจรที่เกิดจากความเสียหายที่เกิดขึ้นพร้อมกันกับขั้วไฟฟ้าบวกและลบและตัวคั่น

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าการระบายความร้อนใน EV นั้นค่อนข้างหายาก และผู้ผลิต นักวิจัย และสถาบันหลายแห่งกำลังทำงานอย่างขยันขันแข็งเพื่อปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่เหล่านี้ให้ดียิ่งขึ้น แนวทางหนึ่งคือการพัฒนาแบตเตอรี่โซลิดสเตต ซึ่งแทนที่อิเล็กโทรไลต์ของเหลวไวไฟด้วยแบตเตอรี่ของแข็งที่ไม่ติดไฟ อย่างไรก็ตาม ในปี 2023 แบตเตอรี่เหล่านี้ยังคงอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาเป็นส่วนใหญ่

ในช่วงต้นเดือนสิงหาคม 2023 NIO ES8 ชนกับเสาถนนในเจ้อเจียง ประเทศจีน และเกิดไฟลุกไหม้ภายในไม่กี่วินาที ทำให้คนขับเสียชีวิต เหตุการณ์ยังอยู่ระหว่างการสอบสวน เมื่อไม่กี่วันก่อน ในช่วงปลายเดือนกรกฎาคม รถยนต์ Tesla Model Y และรถเก๋ง Audi ชนกันในตงกวน มณฑลกวางตุ้ง เทสลาเสียการควบคุม ชนราวกั้น และไฟลุกไหม้

ย้อนกลับไปอีกเล็กน้อย เราพบสถานีเปลี่ยนแบตเตอรี่ NIO AUTO ในเจียงเหมิน มณฑลกวางตุ้ง ไฟลุกโชน สาเหตุ? แบตเตอรี่ของผู้ใช้ NIO ซึ่งระบุจากระยะไกลว่าได้รับความเสียหายจากแรงภายนอก เกิดไฟลุกไหม้ระหว่างการตรวจสอบเมื่อกลับไปที่สถานี

สิ่งเหล่านี้คือสถานการณ์ฝันร้ายที่ผู้ที่ชื่นชอบการใช้น้ำมันเบนซินจำนวนมากซึ่งต้านทานการโอบล้อมของรถยนต์ไฟฟ้า (EV) เคยจินตนาการไว้ และสถานการณ์ที่ยากที่สุดที่จะบรรเทาได้คือความปลอดภัยของแบตเตอรี่ EV ความกลัวนี้ไม่มีมูลความจริง ไฟไหม้แบตเตอรี่อาจสร้างความตื่นตระหนกใน EV มากกว่ารถยนต์ทั่วไป ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ในรถยนต์ไฟฟ้าถูกรวมไว้ตลอดทั้งคัน ทำให้มีแนวโน้มที่จะเกิดการเผาไหม้ทั้งหมดในกรณีที่เกิดไฟไหม้ สิ่งที่น่ากังวลยิ่งกว่านั้นก็คือ ในขณะที่ไฟไหม้รถยนต์โดยทั่วไปมักจะเกี่ยวข้องกับอุบัติเหตุจราจร แต่บางครั้ง EV ก็สามารถติดไฟได้เองในขณะที่จอดนิ่ง ทำให้ข่าวนี้มีความชัดเจนมากขึ้น

สาเหตุทั่วไปของเหตุการณ์ "หนีความร้อน" เหล่านี้แบ่งออกเป็น 8 ประเภท ได้แก่ ภัยคุกคามจากภายนอกและความกังวลภายใน ภัยคุกคามจากภายนอกเกี่ยวข้องกับการใช้งานในทางที่ผิดทางกล การละเมิดทางความร้อน และการใช้ไฟฟ้าในทางที่ผิด โดยทั่วไปเกิดจากอุบัติเหตุ อุณหภูมิสูง การชาร์จไฟเกิน หรือการคายประจุ นอกจากไฟลุกไหม้จากการชนกันอย่างรุนแรงระหว่างการจราจรแล้ว NIO ยังรายงานเหตุการณ์การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองของ ES2019 EV ในปี XNUMX ในระหว่างการบำรุงรักษาเนื่องจากไฟฟ้าลัดวงจรที่เกิดจากการบีบอัดโครงสร้างของชุดแบตเตอรี่หลังการชนกับแชสซี ผู้ผลิต EV รายอื่น ๆ ของจีนเกือบทั้งหมดได้รายงานกรณีที่คล้ายกัน

ความกังวลภายในที่เรียกว่ามีหลายแง่มุม แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนปัจจุบันประกอบด้วยขั้วบวกและขั้วลบ ตัวคั่น และอิเล็กโทรไลต์เป็นส่วนใหญ่ นำเสนออันตรายเฉพาะตัวของมันเอง ตัวอย่างเช่น ปรากฏการณ์ของการชุบลิเธียมเกิดขึ้นเมื่อไอออนลิเธียมที่เคลื่อนที่ภายในแบตเตอรี่สะสมอยู่ที่เยื่อบางๆ ที่แยกอิเล็กโทรด ก่อตัวเป็นลิเธียมเดนไดรต์ เดนไดรต์เหล่านี้สามารถทะลุผ่านเมมเบรน ทำให้เกิดการลัดวงจรและเกิดความร้อนสะสมอย่างรวดเร็ว

ดังนั้น ความสมบูรณ์ของโครงสร้างแบตเตอรี่และคุณภาพของตัวแยกจึงเป็นปัจจัยสำคัญของความปลอดภัยของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่คุณภาพสูงผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวดก่อนออกจากโรงงาน รวมถึงการทดสอบ "การเจาะตะปู" (แม้ว่าจะไม่ใช่ข้อบังคับสากล) ที่มุ่งเป้าไปที่การลัดวงจรโดยการทำลายความสมบูรณ์ของขั้วไฟฟ้าบวกและลบและตัวคั่น

เมื่อคำนึงถึงสิ่งนี้ เส้นทางตามธรรมชาติสู่การปรับปรุงความปลอดภัยจึงดูเหมือนชัดเจน: แทนที่อิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ที่ติดไฟได้ด้วยวัสดุแข็งที่เสถียรทางความร้อนและไม่เคลื่อนที่ ไม่รั่วไหล แบตเตอรี่โซลิดสเตตได้กลายเป็น “สถานีต่อไป” ที่ชัดเจนในแผนงานของอุตสาหกรรมแบตเตอรี่เพื่อความปลอดภัยและความหนาแน่นของพลังงาน อย่างไรก็ตาม เส้นทางไปสู่การยอมรับอย่างแพร่หลายได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าเข้าใจยาก แม้ว่าห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ของสหรัฐฯ จะสร้างแบตเตอรี่โซลิดสเตตเครื่องแรกในปี 1990 แต่อุปสรรคทางเทคโนโลยีก็ยังคงมีอยู่

ในโลกของแบตเตอรี่โซลิดสเตต มีระบบหลักสามระบบสำหรับวัสดุอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง ได้แก่ โพลิเมอร์ ออกไซด์ และซัลไฟด์ แต่ละคนมีจุดแข็งและจุดอ่อนของตัวเอง และทั้งหมดต้องต่อสู้กับความสามารถในการปรับขนาดการผลิตและความท้าทายในการควบคุมคุณภาพที่มีอยู่ในเชิงพาณิชย์

ผู้คลางแคลงเย้ยหยันที่ระยะทางที่ลดลงของยานพาหนะไฟฟ้าในช่วงฤดูหนาวเนื่องจากประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำต่ำของแบตเตอรี่ของเหลวในปัจจุบัน ในขณะที่ความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นจากการเผาไหม้ขณะชาร์จในฤดูร้อนก็เป็นเรื่องที่น่ากังวลเช่นกัน สิ่งนี้เน้นย้ำถึงความต้องการแบตเตอรี่ที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งสามารถรองรับความต้องการในทุกฤดูกาล

การทดลองกับการพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนสำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งได้แสดงให้เห็นคำมั่นสัญญาบางอย่าง ตัวอย่างเช่น นักวิจัยจาก University of Oxford ใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างโครงร่างสามมิติ ซึ่งเติมด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลและป้องกันการแตกหักได้ง่าย ในทำนองเดียวกัน บริษัท Sakuu ของสหรัฐฯ ใช้เทคโนโลยีการพ่นสารยึดเกาะเพื่อฝากวัสดุอิเล็กโทรดและผงอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งลงบนพื้นผิวและ "ทำให้แข็ง" ด้วยน้ำยารีเอเจนต์

แม้ว่าการพิมพ์ 3 มิติอาจช่วยขยายพื้นที่สัมผัสของส่วนต่อประสานและควบคุมความพรุนของวัสดุ แต่ก็ยังมีอุปสรรค์สำคัญที่ต้องเอาชนะก่อนที่เทคนิคการทดลองเหล่านี้จะถูกแปลงเป็นโซลูชันที่ใช้งานได้และผลิตจำนวนมาก การรักษาสมดุลของประสิทธิภาพและต้นทุน การบรรลุความสามารถในการขยายขนาด และการรักษามาตรฐานการควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดคือความท้าทายที่ปรากฏขึ้นซึ่งทำให้โซลูชันที่มีแนวโน้มเหล่านี้ยังคงอยู่ในห้องปฏิบัติการมากกว่าบนท้องถนน

ในขณะที่เราแข่งขันกันไปสู่อนาคตที่ใช้พลังงานไฟฟ้ามากขึ้นเรื่อยๆ ความเสี่ยงที่มีอยู่เดิมและการแสวงหามาตรการด้านความปลอดภัยที่ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องทำให้อุตสาหกรรมอยู่ในสภาวะที่ผันผวน แม้จะมีความท้าทายที่น่ากลัว แต่การเดินขบวนไปสู่อุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้นยังคงดำเนินต่อไป โดยขับเคลื่อนด้วยนวัตกรรมที่ไม่หยุดยั้งและความมุ่งมั่นสู่อนาคตที่ยั่งยืน และเช่นเคย ชาวนิวยอร์กจะคอยจับตาดูการพัฒนาเหล่านี้อยู่เสมอ พร้อมที่จะให้ข้อมูลเชิงลึกและการวิเคราะห์เกี่ยวกับการเดินทางข้างหน้า