EV Bataryası Yandığında Ne Olur?

Bir EV pili yandığında, bunun nedeni genellikle "termal kaçak" adı verilen bir olgudur. Basitleştirilmiş bir ifadeyle, genellikle harici fiziksel hasar, aşırı ısınma veya aşırı şarj nedeniyle ("dış zararlar" olarak adlandırılır) pildeki bir hücrenin herhangi bir nedenle aşırı ısınmasıyla başlayan bir zincirleme reaksiyondur. Bazen, üretim kusurları veya pil hücresindeki kısa devre gibi dahili bir sorun tarafından tetiklenebilir ("dahili endişeler" olarak adlandırılır).

Yanan bir EV pili özellikle endişe verici olabilir, çünkü geleneksel bir içten yanmalı motorlu arabanın aksine, EV'lerdeki piller genellikle araç boyunca çalışır. Bir EV akü paketindeki bir hücre alev aldığında, ısı yakındaki hücrelerin de alev almasına neden olarak tüm pil paketini ve potansiyel olarak tüm aracı hızla yutabilecek bir zincirleme reaksiyona yol açabilir.

Bugünün EV'lerinde kullanılan en yaygın pil türü olan lityum-iyon pil, sorunu daha da karmaşık hale getirmek için yanıcı organik sıvı elektrolitler içerir. Bu, bu pillerin hasar gördüğünde veya yanlış kullanıldığında alev almaya ve patlamaya daha yatkın olmasını sağlar. Ek olarak, şarj sırasında anot üzerinde gelişebilen küçük, iğne benzeri çıkıntılar olan "lityum dendritler" adı verilen özel bir risk vardır. Bu dendritler yeterince büyürlerse ayırıcıyı delip kısa devreye ve muhtemelen termal kaçak durumuna yol açabilirler.

Bu nedenle, pil yapısının bütünlüğü ve ayırıcıların kalitesi, bir EV pilinin güvenliğini sağlamada çok önemli faktörlerdir. Bu nedenle, kaliteli piller fabrikadan çıkmadan önce, pozitif ve negatif elektrotlar ile ayırıcıya aynı anda verilen hasarın neden olduğu bir kısa devreyi simüle eden bir "delinme" testi de dahil olmak üzere çeşitli stres testlerine tabi tutulur.

Yukarıdakilere rağmen, EV'lerde termal kaçakların nispeten nadir olduğunu ve birçok üretici, araştırmacı ve kurumun bu pillerin güvenliğini daha da artırmak için özenle çalıştığını not etmek önemlidir. Yaklaşımlardan biri, yanıcı sıvı elektroliti yanıcı olmayan katı elektrolitle değiştiren katı hal pillerinin geliştirilmesidir. Ancak 2023 itibariyle bu piller hala büyük ölçüde araştırma ve geliştirme aşamasında.

Ağustos 2023'ün ilk günlerinde, Çin'in Zhejiang kentinde bir NIO ES8 bir yol direğine çarptı ve saniyeler içinde alevler içinde patlayarak sürücünün hayatına mal oldu. Olay halen soruşturma altında. Sadece birkaç gün önce, Temmuz ayı sonlarında, Guangdong, Dongguan'da bir Tesla Model Y ile bir Audi sedan çarpıştı. Tesla kontrolünü kaybetti, bir korkuluğa çarptı ve alevler içinde kaldı.

Biraz daha geri sarın ve Jiangmen, Guangdong'da alevler içinde bir NIO AUTO pil değiştirme istasyonu bulduk. Neden? Harici kuvvetler tarafından hasar gördüğü uzaktan tespit edilen bir NIO kullanıcısının pili, istasyona döndüğünde inceleme sırasında alev aldı.

Bunlar, elektrikli araçların (EV'ler) benimsenmesine dirençli birçok benzin meraklısının hayal ettiği kabus senaryoları ve hafifletilmesi en zor olanı: EV pillerinin güvenliği. Bu korku yersiz değil; akü yangınları, EV'lerde geleneksel arabalardan daha endişe verici olabilir. Örneğin, bir EV'deki pil, araca entegre edilmiştir ve bu da onu bir yangın durumunda tamamen yanmaya eğilimli hale getirir. Daha da rahatsız edici olan, konvansiyonel araç yangınları genellikle trafik kazalarıyla ilişkilendirilirken, EV'ler bazen dururken kendiliğinden yanabilir ve bu da haberleri daha belirgin hale getirir.

Bu "termal kaçak" olaylarının yaygın nedenleri iki kategoriye ayrılır: dış tehditler ve iç kaygılar. Dış tehditler, tipik olarak kazalar, yüksek sıcaklıklar, aşırı şarj veya deşarj nedeniyle mekanik kötüye kullanımı, termal kötüye kullanımı ve elektriksel kötüye kullanımı içerir. NIO, trafik olayları sırasında şiddetli çarpışma üzerine alev almasına ek olarak, 8'da bakım sırasında bir şasi çarpmasının ardından pil takımı yapısının sıkışmasından kaynaklanan kısa devre nedeniyle bir ES2019 EV'nin kendiliğinden yandığını da bildirdi. Neredeyse tüm diğer Çinli EV üreticileri benzer vakalar bildirdi.

Sözde içsel endişeler çok yönlüdür. Ağırlıklı olarak pozitif ve negatif elektrotlar, ayırıcılar ve elektrolitten oluşan mevcut lityum-iyon piller kendi benzersiz tehlikelerini sunar. Örneğin, lityum kaplama olgusu, pil içinde hareket eden lityum iyonları elektrotları ayıran ince zar üzerinde birikerek lityum dendritler oluşturduğunda meydana gelir. Bu dendritler zarı delerek kısa devreye ve hızlı ısı birikimine neden olabilir.

Bu nedenle, pil yapısının bütünlüğü ve ayırıcı kalitesi, pil güvenliğinin önemli belirleyicileridir. Yüksek kaliteli piller fabrikadan çıkmadan önce, pozitif ve negatif elektrotların ve ayırıcının bütünlüğüne zarar vererek kısa devre yapmayı amaçlayan bir "çivi delme" testi (evrensel olarak zorunlu olmasa da) dahil olmak üzere zorlu testlere tabi tutulur.

Bunu göz önünde bulundurarak, güvenliği iyileştirmenin doğal yolu açık görünüyor: yanıcı organik elektroliti hareketsiz, sızdırmayan, termal olarak kararlı bir katı malzeme ile değiştirin. Katı hal piller, güvenlikleri ve enerji yoğunlukları açısından pil endüstrisinin yol haritasındaki bariz “sonraki istasyon” haline geldi. Bununla birlikte, yaygın olarak benimsenme yolculuğunun zor olduğu kanıtlanmıştır. ABD Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nın ilk katı hal pilini 1990 gibi erken bir tarihte oluşturmasına rağmen, tutarlı teknolojik engeller devam etti.

Katı hal piller dünyasında, katı elektrolit malzemeler için üç ana akım sistem vardır: polimerler, oksitler ve sülfürler. Her birinin kendi güçlü ve zayıf yönleri vardır ve hepsi ticarileştirmenin doğasında var olan üretim ölçeklenebilirliği ve kalite kontrol zorluklarıyla mücadele etmelidir.

Şüpheciler, elektrikli araçların kışın mevcut sıvı pillerin zayıf düşük sıcaklık performansı nedeniyle azalan menziliyle alay ederken, yazın şarj olurken olası yanma riski de endişe verici. Bu, her mevsimin taleplerini karşılayabilecek daha güvenli, daha verimli bir aküye olan ihtiyacın altını çiziyor.

Katı elektrolitler için karmaşık yapılar oluşturmak üzere 3D baskı ile yapılan deneyler bazı umut verici sonuçlar verdi. Örneğin, Oxford Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, mekanik gücü artırmak ve kolay kırılmayı önlemek için katı bir elektrolitle doldurulmuş üç boyutlu bir çerçeve oluşturmak için 3D baskıyı kullandılar. Benzer şekilde, ABD'li Sakuu şirketi, gerekli elektrot malzemelerini ve katı elektrolit tozlarını bir substrat üzerine biriktirmek ve bunları sıvı reaktiflerle "katılaştırmak" için bağlayıcı püskürtme teknolojisi kullanıyor.

3D baskı, arayüz temas alanını genişletmek ve malzeme gözenekliliğini kontrol etmek için bir araç sunsa da, bu deneysel tekniklerin uygulanabilir, toplu üretilen bir çözüme dönüştürülebilmesinden önce aşılması gereken büyük engeller var. Performans ve maliyeti dengelemek, ölçeklenebilirliği sağlamak ve katı kalite kontrol standartlarını sürdürmek, bu gelecek vaat eden çözümleri yolda değil laboratuvarda tutan baş döndürücü zorluklardır.

Giderek elektrikli bir geleceğe doğru hızla ilerlerken, doğasında var olan riskler ve sürekli olarak iyileştirilmiş güvenlik önlemleri arayışı, sektörü bir akış halinde tutuyor. Göz korkutucu zorluklara rağmen, daha güvenli, daha verimli bir elektrikli araç endüstrisine doğru yürüyüş, amansız inovasyon ve sürdürülebilir bir gelecek taahhüdü ile devam ediyor. New Yorker, her zaman olduğu gibi, önlerindeki yolculuk hakkında içgörü ve analiz sunmaya hazır olarak bu gelişmeleri yakından takip edecek.