Ano ang Mangyayari Kapag Nasunog ang Baterya ng EV?

Kapag nasunog ang isang EV na baterya, kadalasan ay dahil ito sa isang phenomenon na tinatawag na "thermal runaway." Sa pinasimpleng termino, ito ay isang chain reaction na nagsisimula kapag ang isang cell sa baterya ay nag-overheat sa ilang kadahilanan, kadalasan dahil sa panlabas na pisikal na pinsala, sobrang init, o sobrang pag-charge (tinukoy bilang "mga panlabas na pinsala"). Minsan, maaari itong ma-trigger ng isang panloob na isyu tulad ng mga depekto sa pagmamanupaktura o isang short circuit sa loob ng cell ng baterya (tinukoy bilang "mga panloob na alalahanin").

Ang isang nasusunog na EV na baterya ay maaaring maging partikular na may kinalaman dahil, hindi tulad ng isang tradisyonal na panloob na combustion engine na kotse, ang mga baterya sa mga EV ay kadalasang tumatakbo sa haba ng sasakyan. Kapag nasunog ang isang cell sa isang EV battery pack, ang init ay maaaring magdulot ng apoy sa mga kalapit na cell, na humahantong sa isang chain reaction na maaaring mabilis na lamunin ang buong battery pack at posibleng, ang buong sasakyan.

Upang madagdagan ang problema, ang pinakakaraniwang uri ng baterya na ginagamit sa mga EV ngayon, ang lithium-ion na baterya, ay naglalaman ng mga nasusunog na organic na likidong electrolyte. Dahil dito, ang mga bateryang ito ay mas madaling masunog at sumabog kapag nasira o hindi maayos ang paghawak. Bukod pa rito, may partikular na panganib na tinatawag na "lithium dendrites", na maliliit, parang karayom ​​na projection na maaaring mabuo sa anode habang nagcha-charge. Kung ang mga dendrite na ito ay lumaki nang sapat, maaari nilang mabutas ang separator, na magdulot ng short circuit at posibleng humantong sa isang thermal runaway na sitwasyon.

Samakatuwid, ang integridad ng istraktura ng baterya at ang kalidad ng mga separator ay mahalagang mga salik sa pagtiyak sa kaligtasan ng isang EV na baterya. Dahil dito, ang mga de-kalidad na baterya ay sumasailalim sa iba't ibang mga pagsubok sa stress bago umalis sa pabrika, kabilang ang isang "butas" na pagsubok na gayahin ang isang maikling circuit na dulot ng sabay-sabay na pinsala sa positibo at negatibong mga electrodes at separator.

Sa kabila ng nasa itaas, mahalagang tandaan na ang thermal runaway sa mga EV ay medyo bihira, at maraming mga manufacturer, mananaliksik, at institusyon ang masigasig na nagtatrabaho upang higit pang mapabuti ang kaligtasan ng mga bateryang ito. Ang isang diskarte ay ang pagbuo ng mga solid-state na baterya, na pinapalitan ang nasusunog na likidong electrolyte ng isang hindi nasusunog na solid. Gayunpaman, noong 2023, ang mga bateryang ito ay nasa yugto pa rin ng pananaliksik at pag-unlad.

Noong mga unang araw ng Agosto 2023, isang NIO ES8 ang bumangga sa isang haligi ng kalsada sa Zhejiang, China, at nagliyab sa loob ng ilang segundo, na kumitil sa buhay ng driver. Iniimbestigahan pa ang insidente. Ilang araw bago, noong huling bahagi ng Hulyo, isang Tesla Model Y at isang Audi sedan ang nagbanggaan sa Dongguan, Guangdong. Nawalan ng kontrol ang Tesla, tumama sa isang guardrail, at nagliyab.

I-rewind nang kaunti pa, at nakakita kami ng NIO AUTO battery swap station sa Jiangmen, Guangdong, na nasusunog. Ang dahilan? Ang baterya ng isang user ng NIO, na malayuang kinilala bilang nasira ng mga panlabas na puwersa, ay nasunog sa panahon ng inspeksyon sa pagbalik sa istasyon.

Ito ang mga bangungot na sitwasyon na naisip ng maraming mahilig sa gasolina na lumalaban sa yakap ng mga de-kuryenteng sasakyan (EVs), at ang pinakamahirap na maibsan: ang kaligtasan ng mga EV na baterya. Ang takot na ito ay hindi walang batayan; Ang mga sunog sa baterya ay maaaring maging mas nakakaalarma sa mga EV kaysa sa mga nakasanayang sasakyan. Halimbawa, ang baterya sa isang EV ay isinama sa buong sasakyan, na ginagawa itong prone sa kabuuang pagkasunog sa kaganapan ng sunog. Mas nakakabagabag, habang ang mga nakasanayang sunog sa sasakyan ay karaniwang nauugnay sa mga aksidente sa trapiko, minsan ang mga EV ay maaaring kusang masunog habang nagpapahinga, na ginagawang mas kapansin-pansin ang balita.

Ang mga karaniwang dahilan para sa mga insidenteng ito ng "thermal runaway" ay nahahati sa dalawang kategorya: panlabas na banta at panloob na alalahanin. Kabilang sa mga panlabas na banta ang mekanikal na pang-aabuso, thermal abuse, at electrical abuse, kadalasang dahil sa mga aksidente, mataas na temperatura, sobrang pag-charge, o pagdiskarga. Bilang karagdagan sa pag-aapoy sa matinding banggaan sa panahon ng mga insidente ng trapiko, nag-ulat din ang NIO ng isang spontaneous combustion event ng isang ES8 EV noong 2019 sa panahon ng maintenance dahil sa short circuit na dulot ng compression ng structure ng pack ng baterya kasunod ng epekto sa chassis. Halos lahat ng iba pang Chinese EV manufacturer ay nag-ulat ng mga katulad na kaso.

Ang tinatawag na panloob na mga alalahanin ay multi-faceted. Ang mga kasalukuyang bateryang lithium-ion, na pangunahing binubuo ng mga positibo at negatibong electrodes, separator, at electrolyte, ay nagpapakita ng kanilang sariling natatanging mga panganib. Halimbawa, ang phenomenon ng lithium plating ay nangyayari kapag ang mga lithium ions na gumagalaw sa loob ng baterya ay naipon sa manipis na lamad na naghihiwalay sa mga electrodes, na bumubuo ng mga lithium dendrite. Ang mga dendrite na ito ay maaaring tumagos sa lamad, na nagiging sanhi ng isang maikling circuit at mabilis na akumulasyon ng init.

Samakatuwid, ang integridad ng istraktura ng baterya at kalidad ng separator ay mga mahalagang determinasyon ng kaligtasan ng baterya. Ang mga de-kalidad na baterya ay sumasailalim sa mahigpit na pagsubok bago umalis sa pabrika, kabilang ang isang "nail penetration" na pagsubok (bagaman hindi sa pangkalahatan ay mandatory) na naglalayong mag-short-circuiting sa pamamagitan ng pagsira sa integridad ng positibo at negatibong mga electrodes at separator.

Sa pag-iisip na ito, tila malinaw ang natural na landas tungo sa pagpapabuti ng kaligtasan: palitan ang nasusunog na organic electrolyte ng hindi kumikibo, hindi tumutulo, solidong materyal na matatag sa init. Ang mga solid-state na baterya ay naging malinaw na "susunod na istasyon" sa roadmap ng industriya ng baterya para sa kanilang kaligtasan at density ng enerhiya. Gayunpaman, ang paglalakbay sa malawakang pag-aampon ay napatunayang mailap. Sa kabila ng paglikha ng US Oak Ridge National Laboratory ng unang solid-state na baterya noon pang 1990, nananatili ang pare-parehong mga hadlang sa teknolohiya.

Sa mundo ng mga solid-state na baterya, mayroong tatlong pangunahing sistema para sa mga solidong electrolyte na materyales: polymers, oxides, at sulfide. Ang bawat isa ay may sariling mga kalakasan at kahinaan, at lahat ay dapat makipaglaban sa scalability ng produksyon at mga hamon sa pagkontrol sa kalidad na likas sa komersyalisasyon.

Ang mga may pag-aalinlangan ay nanunuya sa pinababang saklaw ng mga de-koryenteng sasakyan sa taglamig dahil sa mahinang pagganap ng mababang temperatura ng kasalukuyang mga likidong baterya, habang ang potensyal na panganib ng pagkasunog habang nagcha-charge sa tag-araw ay isa ring alalahanin. Binibigyang-diin nito ang pangangailangan para sa isang mas ligtas, mas mahusay na baterya na kayang hawakan ang mga pangangailangan sa lahat ng panahon.

Ang eksperimento sa 3D printing upang lumikha ng mga kumplikadong istruktura para sa solid electrolytes ay nagpakita ng ilang pangako. Halimbawa, ang mga mananaliksik sa Unibersidad ng Oxford ay gumamit ng 3D printing upang bumuo ng isang three-dimensional na balangkas, na puno ng isang solidong electrolyte, upang mapabuti ang mekanikal na lakas at maiwasan ang madaling pagkabali. Katulad nito, ang kumpanyang US na Sakuu ay gumagamit ng teknolohiya ng binder jetting upang magdeposito ng mga kinakailangang materyales sa elektrod at solidong electrolyte powder sa isang substrate at "patatagin" ang mga ito gamit ang mga likidong reagents.

Bagama't ang pag-print ng 3D ay maaaring mag-alok ng paraan upang palawakin ang lugar ng pakikipag-ugnayan sa interface at kontrolin ang porosity ng materyal, mayroon pa ring malalaking hadlang na dapat lampasan bago mabago ang mga eksperimentong pamamaraan na ito sa isang mabubuhay, mass-produced na solusyon. Ang pagbabalanse ng pagganap at gastos, pagkamit ng scalability, at pagpapanatili ng mahigpit na mga pamantayan sa pagkontrol sa kalidad ay ang mga napipintong hamon na nagpapanatili sa mga magagandang solusyong ito sa lab sa halip na sa kalsada.

Habang tumatakbo tayo sa isang lalong electric na hinaharap, ang mga likas na panganib at ang patuloy na pagtugis ng mga pinahusay na hakbang sa kaligtasan ay nagpapanatili sa industriya sa isang estado ng pagbabago. Sa kabila ng mga nakakatakot na hamon, nagpapatuloy ang martsa tungo sa isang mas ligtas, mas mahusay na industriya ng de-kuryenteng sasakyan, na pinalakas ng walang humpay na pagbabago at pangako sa isang napapanatiling hinaharap. Gaya ng nakasanayan, babantayan ng New Yorker ang mga pag-unlad na ito, handang mag-alok ng insight at pagsusuri sa hinaharap na paglalakbay.