Czy samochody elektryczne litowo-jonowe są bezpieczne?

Laptopy wyposażone w baterie litowo-jonowe czasami się przegrzewają i zapalają. Niektóre osoby są zaniepokojone wykorzystaniem tego typu baterii w nowych elektrycznych samochodach sportowych i zestawach do konwersji konwencjonalnych samochodów i pojazdów hybrydowych na samochody całkowicie elektryczne.

To ekscytujący czas dla pojazdów elektrycznych – z regularnymi zapowiedziami zwiększania pojemności magazynowych materiałów akumulatorowych (patrz Przełom w dziedzinie akumulatorów ) oraz egzotycznymi, drogimi pojazdami, które mają wejść na rynek, takimi jak niedawno zapowiedziany samochód sportowy z Silniki Tesli San Carlos, CA. Ale pojazdy elektryczne zawiodły w przeszłości. Jeśli tym razem mają odnieść sukces, będą musieli przekonać ogólnego konsumenta, a to będzie oznaczać, między innymi, wykazanie, że potężne akumulatory są bezpieczne.

Baterie litowo-jonowe są od dawna preferowane do zasilania laptopów i telefonów komórkowych, ponieważ są małe i lekkie. Ale pakowanie tak dużej ilości energii na małej przestrzeni jest również niebezpieczne. Wiadomo, że baterie zapalają się, czasami gwałtownie; a ponieważ zarówno paliwo, jak i utleniacz są dołączone do akumulatora, nie można ich zdusić jak zwykłych pożarów, mówi Dan Doughty, który zarządza testowaniem akumulatorów litowo-jonowych w Sandia National Laboratories w Albuquerque w stanie Nowy Meksyk.

Kluczowe wyzwania związane z bezpieczeństwem to zapobieganie przeładowaniu, przegrzaniu i uszkodzeniom w razie wypadku. W każdym przypadku reakcje chemiczne mogą wymknąć się spod kontroli, powodując niestabilność termiczną, która może generować temperatury wystarczająco wysokie, aby stopić aluminium i spowodować wybuch baterii.

Według amerykańskiej Komisji ds. Bezpieczeństwa Produktów Konsumenckich w latach 2003-2005 miało miejsce ponad 300 incydentów związanych z przegrzaniem lub zapaleniem akumulatorów litowo-jonowych do laptopów i telefonów komórkowych. Wiele incydentów dotyczyło obrażeń ciała.

Ten potencjalny problem z akumulatorami litowo-jonowymi jest w pojazdach zwielokrotniony przez tysiące. W przypadku samochodu Tesla Motors, na przykład, prawie 7000 akumulatorów jest zapakowanych za przedziałem pasażerskim, aby zasilić samochód (do imponujących 60 mil na godzinę w około cztery sekundy).

Ale firma zrobiła wiele, aby zapewnić bezpieczeństwo swojego systemu zasilanego bateryjnie – znacznie więcej niż robi się w laptopach, mówi dyrektor generalny Martin Eberhard.

Aby utrzymać temperaturę pod kontrolą, inżynierowie Tesli opracowali elektronicznie sterowany system chłodzenia cieczą. Obejmowały one również ochronę przed przeładowaniem, trzy warstwy bezpieczników i czujniki, które spowodują rozłączenie akumulatorów w przypadku wysokiej temperatury, nagłego uderzenia lub przewrócenia. W rzeczywistości decyzja o użyciu wielu małych akumulatorów zamiast kilku bardzo dużych była po części względami bezpieczeństwa – każda bateria i stosunkowo niewielka ilość zmagazynowanej energii w porównaniu z całym systemem jest izolowana i chroniona we własnej stalowej obudowie. Cały system jest również osłonięty dla ochrony w razie wypadku.

Mark Verbrugge, ekspert ds. akumulatorów w centrum badawczo-rozwojowym GM w Warren w stanie Michigan, mówi, że takie środki bezpieczeństwa powinny wystarczyć, aby zapewnić bezpieczeństwo akumulatorów. Jednak jeden czynnik pozostaje poza bezpośrednią kontrolą producentów samochodów. Jedyną rzeczą, która naprawdę martwi producentów OEM, jest to, że nie możesz kontrolować produkcji o niskiej jakości w odniesieniu do bezpieczeństwa, mówi. Na przykład, mówi Verbrugge, jeśli dwie elektrody stykają się, ponieważ są źle wykonane, masz problem.

Takie wewnętrzne zwarcie może rozpocząć niekontrolowaną reakcję chemiczną, mówi Sandia's Doughty, dodając, że jeśli jest wada w produkcji i ma wewnętrzne zwarcie, nie zrobisz nic zewnętrznie, aby przerwać tę reakcję. Takie problemy są rzadkie i występują w jednej z dziesięciu milionów komórek w laptopach i innych urządzeniach elektronicznych, mówi Doughty. Ale, jak mówi, jeśli jest 7000 ogniw i jest jedna na dziesięć milionów awarii, oblicza się, ile pojazdów będzie miało problem z ogniwami.

Nawet jeśli zła bateria trafi do pojazdu, może to nie być duży problem. Zaprojektowaliśmy go tak, że jeśli sięgniesz do naszego pakietu baterii i celowo podpalisz jedną z baterii, nie rozprzestrzeni się ona na sąsiednie ogniwa, mówi Eberhard. Podaje dwa powody: każda bateria jest w stalowej obudowie, a system chłodzenia cieczą może odprowadzać nadmiar ciepła.

Jednak Doughty mówi, że podczas testów widział gwałtowne eksplozje, które mogłyby potencjalnie rozerwać stalową obudowę. Jeśli chłodzenie cieczą również zawiedzie, pojedynczy akumulator może spowodować przegrzanie sąsiednich akumulatorów, powodując kaskadę małych eksplozji. Doughty mówi, że firmy zajmujące się samochodami elektrycznymi mogą być w stanie opracować systemy, które są w miarę bezpieczne, ale zauważa, że ​​chociaż inżynierowie zawsze stosują wiele warstw bezpieczeństwa, najgorsze wypadki zdarzają się, gdy z powodu bardzo rzadkiego zdarzenia co najmniej dwie z tych warstw są zagrożone.

Nawet jeśli taki wypadek jest rzadki, nadal może wystąpić sprzeciw wobec pojazdów elektrycznych. W szczególności Doughty jest zaniepokojony zestawami do konwersji do obracania konwencjonalnych pojazdów lub hybryd w samochodach elektrycznych na bazie litowo-jonowej (patrz Hybrydy typu Plug-In są w drodze ). Martwię się, że pewnego dnia pojawi się pojazd zasilany litowo-jonowym, który będzie miał dość spektakularny wypadek – a co wtedy powiedzą ludzie?

Eksperci mają dwie kluczowe rekomendacje dotyczące dalszego rozwoju i produkcji jeszcze bezpieczniejszych pojazdów elektrycznych. Po pierwsze, producenci samochodów muszą mieć bardzo rygorystyczny proces kontroli dla swoich producentów akumulatorów, mówi Verbrugge. A na dłuższą metę, mówi Doughty, ważne będzie wspieranie badań nad chemią nowych wysokoenergetycznych akumulatorów litowo-jonowych, które nie są podatne na przegrzanie.

ukryć