Điều gì xảy ra khi pin EV bị cháy?

Khi pin xe điện bị cháy, nguyên nhân thường là do hiện tượng gọi là “thoát nhiệt”. Nói một cách đơn giản, đó là một phản ứng dây chuyền bắt đầu khi một tế bào trong pin bị quá nóng vì một lý do nào đó, thường là do hư hỏng vật lý bên ngoài, quá nóng hoặc sạc quá mức (được gọi là "tác hại bên ngoài"). Đôi khi, nó có thể được kích hoạt bởi một vấn đề bên trong chẳng hạn như lỗi sản xuất hoặc đoản mạch bên trong pin (được gọi là "lo lắng bên trong").

Pin EV bị cháy có thể đặc biệt đáng lo ngại vì không giống như ô tô động cơ đốt trong truyền thống, pin trong EV thường chạy theo chiều dài của xe. Khi một tế bào trong bộ pin EV bắt lửa, sức nóng có thể khiến các tế bào lân cận cũng bắt lửa, dẫn đến phản ứng dây chuyền có thể nhanh chóng nhấn chìm toàn bộ bộ pin và có khả năng là toàn bộ chiếc xe.

Để giải quyết vấn đề, loại pin phổ biến nhất được sử dụng trong xe điện ngày nay, pin lithium-ion, chứa chất điện phân lỏng hữu cơ dễ cháy. Điều này làm cho các loại pin này dễ bắt lửa và phát nổ khi bị hư hỏng hoặc xử lý không đúng cách. Ngoài ra, có một rủi ro cụ thể được gọi là “đuôi gai lithium”, là những phần nhô ra nhỏ như kim có thể phát triển trên cực dương trong quá trình sạc. Nếu những sợi nhánh này phát triển đủ lớn, chúng có thể xuyên qua dải phân cách, gây đoản mạch và có thể dẫn đến tình trạng thoát nhiệt.

Do đó, tính toàn vẹn của cấu trúc pin và chất lượng của các dải phân cách là những yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn cho pin EV. Do đó, pin chất lượng phải trải qua nhiều bài kiểm tra căng thẳng khác nhau trước khi xuất xưởng, bao gồm cả bài kiểm tra “đâm thủng” mô phỏng hiện tượng đoản mạch gây ra bởi sự hư hỏng đồng thời đối với các điện cực dương và âm cũng như dải phân cách.

Mặc dù vậy, điều quan trọng cần lưu ý là hiện tượng thoát nhiệt trong xe điện là tương đối hiếm và nhiều nhà sản xuất, nhà nghiên cứu cũng như tổ chức đang nỗ lực làm việc để cải thiện hơn nữa độ an toàn của các loại pin này. Một cách tiếp cận là phát triển pin thể rắn, thay thế chất điện phân lỏng dễ cháy bằng chất rắn không bắt lửa. Tuy nhiên, kể từ năm 2023, những loại pin này phần lớn vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển.

Vào những ngày đầu tháng 2023 năm 8, một chiếc NIO ESXNUMX đã va chạm với một cột đường ở Chiết Giang, Trung Quốc và bốc cháy chỉ trong vài giây, cướp đi sinh mạng của người lái xe. Vụ việc vẫn đang được điều tra. Chỉ vài ngày trước, vào cuối tháng XNUMX, một chiếc Tesla Model Y và một chiếc Audi sedan đã va chạm ở Đông Quan, Quảng Đông. Chiếc Tesla mất kiểm soát, tông vào lan can và bốc cháy.

Tua lại thêm một chút, và chúng tôi tìm thấy một trạm đổi pin NIO AUTO ở Giang Môn, Quảng Đông, đang bốc cháy. Nguyên nhân? Pin của người dùng NIO, được xác định từ xa là bị hư hỏng do ngoại lực, bốc cháy trong quá trình kiểm tra khi quay trở lại trạm.

Đây là những viễn cảnh ác mộng mà nhiều người đam mê xăng phản đối việc sử dụng xe điện (EV) đã tưởng tượng ra và điều khó giảm bớt nhất: sự an toàn của pin EV. Nỗi sợ hãi này không phải là không có cơ sở; cháy pin có thể đáng báo động hơn ở EV so với ô tô thông thường. Chẳng hạn, pin trong EV được tích hợp khắp xe, khiến nó dễ bị đốt cháy hoàn toàn trong trường hợp hỏa hoạn. Đáng lo ngại hơn nữa, trong khi các vụ cháy xe thông thường thường liên quan đến tai nạn giao thông, thì xe điện đôi khi có thể tự bốc cháy khi đang dừng, khiến tin tức trở nên nổi bật hơn.

Những lý do phổ biến cho những sự cố “chạy trốn nhiệt độ” này được chia thành hai loại: các mối đe dọa bên ngoài và những lo lắng bên trong. Các mối đe dọa bên ngoài liên quan đến lạm dụng cơ học, lạm dụng nhiệt và lạm dụng điện, thường là do tai nạn, nhiệt độ cao, sạc quá mức hoặc phóng điện. Ngoài việc bốc cháy khi va chạm nghiêm trọng trong các sự cố giao thông, NIO cũng báo cáo về trường hợp ES8 EV năm 2019 tự bốc cháy trong quá trình bảo dưỡng do đoản mạch do nén cấu trúc bộ pin sau khi va chạm với khung gầm. Gần như tất cả các nhà sản xuất EV Trung Quốc khác đã báo cáo các trường hợp tương tự.

Cái gọi là lo lắng nội bộ là nhiều mặt. Các loại pin lithium-ion hiện tại, chủ yếu bao gồm các điện cực dương và âm, chất phân tách và chất điện phân, tiềm ẩn những mối nguy hiểm riêng. Ví dụ, hiện tượng mạ lithium xảy ra khi các ion lithium di chuyển trong pin tích tụ trên màng mỏng ngăn cách các điện cực, tạo thành các sợi nhánh lithium. Những sợi nhánh này có thể xuyên qua màng, gây đoản mạch và tích tụ nhiệt nhanh chóng.

Do đó, tính toàn vẹn của cấu trúc pin và chất lượng bộ tách là những yếu tố quyết định quan trọng đối với sự an toàn của pin. Pin chất lượng cao trải qua quá trình kiểm tra nghiêm ngặt trước khi rời khỏi nhà máy, bao gồm cả kiểm tra “đi đinh” (mặc dù không bắt buộc trên toàn cầu) nhằm mục đích đoản mạch bằng cách làm hỏng tính toàn vẹn của các điện cực dương và âm cũng như dải phân cách.

Với suy nghĩ này, con đường tự nhiên để cải thiện độ an toàn có vẻ rõ ràng: thay thế chất điện phân hữu cơ dễ cháy bằng vật liệu rắn ổn định nhiệt, không bị rò rỉ và cố định. Pin thể rắn rõ ràng đã trở thành “trạm tiếp theo” trong lộ trình của ngành công nghiệp pin về mức độ an toàn và mật độ năng lượng của chúng. Tuy nhiên, hành trình để áp dụng rộng rãi đã được chứng minh là khó nắm bắt. Mặc dù Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge của Hoa Kỳ đã tạo ra loại pin thể rắn đầu tiên vào đầu năm 1990, những trở ngại công nghệ nhất quán vẫn tồn tại.

Trong thế giới của pin thể rắn, có ba hệ thống chính cho vật liệu điện phân rắn: polyme, oxit và sunfua. Mỗi loại đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng, và tất cả đều phải đương đầu với những thách thức về khả năng mở rộng sản xuất và kiểm soát chất lượng vốn có trong quá trình thương mại hóa.

Những người hoài nghi chế giễu phạm vi hoạt động của xe điện giảm vào mùa đông do hiệu suất nhiệt độ thấp của pin lỏng hiện tại, trong khi nguy cơ cháy tiềm ẩn khi sạc vào mùa hè cũng là một mối lo ngại. Điều này nhấn mạnh nhu cầu về một loại pin an toàn hơn, hiệu quả hơn, có thể đáp ứng nhu cầu của tất cả các mùa.

Thử nghiệm in 3D để tạo ra các cấu trúc phức tạp cho chất điện phân rắn đã cho thấy một số hứa hẹn. Ví dụ, các nhà nghiên cứu tại Đại học Oxford đã sử dụng công nghệ in 3D để xây dựng một khung ba chiều, chứa đầy chất điện phân rắn, nhằm cải thiện độ bền cơ học và ngăn ngừa sự nứt vỡ dễ dàng. Tương tự, công ty Sakuu của Hoa Kỳ sử dụng công nghệ phun chất kết dính để đặt các vật liệu điện cực cần thiết và bột chất điện phân rắn lên một chất nền và “làm rắn” chúng bằng thuốc thử lỏng.

Mặc dù in 3D có thể cung cấp một phương tiện để mở rộng diện tích tiếp xúc giao diện và kiểm soát độ xốp của vật liệu, nhưng vẫn còn những rào cản lớn cần vượt qua trước khi các kỹ thuật thử nghiệm này có thể được chuyển đổi thành một giải pháp sản xuất hàng loạt khả thi. Cân bằng giữa hiệu suất và chi phí, đạt được khả năng mở rộng và duy trì các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt là những thách thức sắp xảy ra khiến các giải pháp hứa hẹn này phải ở trong phòng thí nghiệm thay vì trên đường.

Khi chúng ta chạy đua vào một tương lai ngày càng nhiều điện, những rủi ro cố hữu và việc không ngừng theo đuổi các biện pháp an toàn cải tiến khiến ngành luôn trong tình trạng thay đổi liên tục. Bất chấp những thách thức khó khăn, cuộc hành trình hướng tới một ngành công nghiệp xe điện an toàn hơn, hiệu quả hơn vẫn tiếp tục, được thúc đẩy bởi sự đổi mới không ngừng và cam kết hướng tới một tương lai bền vững. Như mọi khi, tờ New Yorker sẽ theo dõi sát sao những diễn biến này, sẵn sàng đưa ra những thông tin chi tiết và phân tích về hành trình phía trước.