Γιατί οι μπαταρίες μερικές φορές πιάνουν φωτιά και ανατινάζονται;

Πόσο πιθανό είναι να πάρει φωτιά και να εκραγεί μια μπαταρία ηλεκτρικού οχήματος;

Οι πιθανότητες να συμβεί κάτι τέτοιο είναι στην πραγματικότητα πολύ μικρές:

Ορισμένοι αναλυτές λένε ότι τα βενζινοκίνητα οχήματα είναι σχεδόν 30 φορές πιο πιθανό να πάρουν φωτιά από τα ηλεκτρικά οχήματα. Όμως, οι πρόσφατες ειδήσεις για EVs που έπιασαν φωτιά ενώ ήταν σταθμευμένα έχουν αφήσει πολλούς καταναλωτές – και ερευνητές – να ξύνουν το κεφάλι τους για το πώς θα μπορούσαν να συμβούν αυτά τα σπάνια γεγονότα.

Οι ερευνητές γνωρίζουν εδώ και καιρό ότι τα υψηλά ηλεκτρικά ρεύματα μπορούν να οδηγήσουν σε «θερμική διαφυγή» – μια αλυσιδωτή αντίδραση που μπορεί να προκαλέσει υπερθέρμανση μιας μπαταρίας, να πάρει φωτιά και να εκραγεί. Αλλά χωρίς μια αξιόπιστη μέθοδο για τη μέτρηση των ρευμάτων στο εσωτερικό μιας μπαταρίας που βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας, δεν ήταν σαφές γιατί ορισμένες μπαταρίες οδηγούνται σε θερμική απόδραση, ακόμη και όταν ένα ηλεκτρικό όχημα είναι σταθμευμένο.

Οι επιστήμονες του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) και του Πανεπιστημίου Berkeley, χρησιμοποιώντας μια τεχνική απεικόνισης που ονομάζεται «μικροτομογραφία ακτίνων-Χ operando», έδειξαν ότι η παρουσία μεγάλων τοπικών ρευμάτων στο εσωτερικό των μπαταριών που βρίσκονται σε ηρεμία μετά από γρήγορη φόρτιση θα μπορούσε να είναι μία από τις αιτίες που προκαλούν τη θερμική διαφυγή. Τα ευρήματά τους αναφέρθηκαν στο περιοδικό ACS Nano.

«Είμαστε οι πρώτοι που καταγράφουμε σε πραγματικό χρόνο τρισδιάστατες εικόνες που μετρούν τις αλλαγές στην κατάσταση φόρτισης σε επίπεδο σωματιδίων στο εσωτερικό μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου μετά τη φόρτιση», δήλωσε ο Nitash P. Balsara, ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. Ο Balsara είναι ανώτερος επιστήμονας στο τμήμα Επιστημών Υλικών του Berkeley Lab και καθηγητής χημικής και βιομοριακής μηχανικής του UC Berkeley.

“Το συναρπαστικό σε αυτή τη δουλειά είναι ότι η ομάδα του Nitash Balsara δεν κοιτάζει απλώς εικόνες – Χρησιμοποιεί τις εικόνες για να καθορίσει πώς λειτουργούν οι μπαταρίες και πώς αλλάζουν με τρόπο που εξαρτάται από τον χρόνο. Η μελέτη αυτή αποτελεί το αποκορύφωμα πολλών ετών εργασίας“, δήλωσε ο συν-συγγραφέας Dilworth Y. Parkinson, επιτελικός επιστήμονας και αναπληρωτής για τις επιστημονικές λειτουργίες φωτονίων στην προηγμένη πηγή φωτός (ALS) του Berkeley Lab.

Η ομάδα είναι επίσης η πρώτη που μετρά ρεύματα ιόντων σε επίπεδο σωματιδίων μέσα στο ηλεκτρόδιο της μπαταρίας.

Τι προκαλεί την έκρηξη των μπαταριών EV;

Οι εκρήξεις μπαταριών μπορεί να συμβούν λόγω εσωτερικής ηλεκτρικής ανισορροπίας και εξωτερικών κραδασμών:

Εσωτερική ηλεκτρική ανισορροπία

Οι κύκλοι βαθιάς εκφόρτισης ή υπερφόρτισης στα ηλεκτρικά οχήματα μπορεί να οδηγήσουν σε εσωτερική ηλεκτρική ανισορροπία. Κατά τη διάρκεια της υπερφόρτισης, η μπαταρία θερμαίνεται, προκαλώντας βλάβη στον διαχωριστή, ένα κρίσιμο εξάρτημα. Η βλάβη αυτή μπορεί να οδηγήσει σε έκρηξη. Παρομοίως, η βαθιά εκφόρτιση μπορεί να δημιουργήσει υλικό που μοιάζει με κρύσταλλο γύρω από τον διαχωριστή, οδηγώντας σε αυξημένη παραγωγή θερμότητας κατά τη φόρτιση και προκαλώντας περαιτέρω ζημιά στον διαχωριστή, που μπορεί να προκαλέσει έκρηξη.

Εξωτερικοί κραδασμοί

Τα ατυχήματα ηλεκτρικών οχημάτων μπορούν να προκαλέσουν εκρήξεις μπαταριών λόγω της ευπάθειας του διαχωριστή της μπαταρίας σε εξωτερικά σοκ. Ο συχνά λεπτός και ευαίσθητος διαχωριστής δεν μπορεί να αντέξει τα χτυπήματα, καθιστώντας τον επιρρεπή σε ζημιές κατά τη διάρκεια συγκρούσεων. Αυτή η ευπάθεια αυξάνει τον κίνδυνο έκρηξης σε περίπτωση ατυχήματος.

Πώς παίρνουν φωτιά οι μπαταρίες EV;

Είναι σημαντικό να γνωρίζετε ότι μια έκρηξη ή πυρκαγιά δεν απαιτεί τεράστια ποσότητα ενέργειας– εξαρτάται κυρίως από την ταχεία απελευθέρωση της αποθηκευμένης ενέργειας. Στις μπαταρίες ιόντων λιθίου, εάν η αποθηκευτική τους ικανότητα 1kWh απελευθερωθεί γρήγορα, μπορεί να οδηγήσει σε καύση.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτελούνται από μια άνοδο, μια κάθοδο και έναν διαχωριστή. Οι εκρήξεις συμβαίνουν λόγω προβλημάτων με αυτά τα εξαρτήματα. Ο διαχωριστής, που είναι υπεύθυνος για την απομάκρυνση των υλικών ανόδου και καθόδου ενώ επιτρέπει τη μεταφορά ιόντων, μπορεί να δυσλειτουργήσει. Οι σύγχρονοι διαχωριστές, σχεδιασμένοι για να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις της αγοράς, είναι λεπτότεροι. Οποιοδήποτε πρόβλημα με τη μπαταρία, ειδικά σε σχέση με τον ευαίσθητο διαχωριστή, μπορεί να οδηγήσει σε μόνιμη βλάβη.

Κατά τη φόρτιση, οι μπαταρίες διαστέλλονται και κατά την εκφόρτιση συμπιέζονται, ασκώντας πίεση στο διαχωριστή. Εάν αυτός αποτύχει λόγω εξωτερικής πίεσης ή εσωτερικής χημικής ανισορροπίας, η άνοδος και η κάθοδος μπορεί να έρθουν σε επαφή, προκαλώντας βραχυκύκλωμα και, τελικά, έκρηξη. Η αστοχία του διαχωριστή είναι η κύρια αιτία αστοχίας των μπαταριών και των εκρήξεων.

Συμπέρασμα

Η ασφάλεια των μπαταριών EV είναι απαραίτητη, λαμβάνοντας υπόψη τους πιθανούς κινδύνους έκρηξης ή πυρκαγιάς. Η κατανόηση της σύνθεσης των μπαταριών και των παραγόντων που μπορούν να προκαλέσουν βλάβη, όπως η εσωτερική ηλεκτρική ανισορροπία και τα εξωτερικά σοκ, είναι απαραίτητη για την πρόληψη ατυχημάτων. Τα μέτρα για τον μετριασμό αυτών των κινδύνων περιλαμβάνουν τον κατάλληλο χειρισμό, την παρακολούθηση και τη συντήρηση των μπαταριών, ώστε να διασφαλίζεται η ασφαλής λειτουργία τους. Επιπλέον, οι εξελίξεις στην τεχνολογία των μπαταριών και στις πρακτικές κατασκευής μπορούν να βελτιώσουν περαιτέρω την ασφάλεια και την αξιοπιστία των μπαταριών των ηλεκτρικών οχημάτων, προωθώντας την ευρεία υιοθέτηση των ηλεκτρικών οχημάτων για ένα βιώσιμο μέλλον.