Безопасность аккумуляторов в электромобилях

В наше время проявляется повышенный интерес к понижению загрязнения окружающей среды. Помимо возобновляемых источников питания, которые должны выступить в качестве замены традиционной энергетике, прорабатываются всевозможные варианты замены автомобильных двигателей внутреннего сгорания, которые являются источниками локального загрязнения. Однако такая ли это хорошая идея, если посмотреть на ситуацию с точки зрения безопасности?
На текущий момент автотранспортная отрасль наиболее часто использует одну из таких трех технологий аккумуляторов: суперконденсаторы, литий-ионные аккумуляторы и свинцово-кислотные аккумуляторы. Наилучшими из них по соотношению «масса/энергия» являются литий-ионные аккумуляторы.
Теоретический предел напряжения современного блока формата 18650 — 4,2 В, однако ни один аккумулятор не может применять его. Дело в том, что во время понижения ниже безопасного уровня получается т. н. металлизация лития (lithium plating). Говоря иначе, образуются проводящие участки из лития, а это вызывает внутреннее короткое замыкание, а также тепловой разгон аккумулятора (thermal runaway). Такая ситуация может образоваться также после сильного понижения температуры. Превышение напряжения вызывает температурную нестабильность ячейки, что тоже приводит к ее разрушению.
В итоге необходимо ограничить напряжения снизу и сверху, в том числе и по той причине, что на производстве имеется определенный разброс по характеристикам. Наиболее безопасными в этом отношении являются аккумуляторы с электродами LiFePO4 и LTO и с напряжениями ячейки 2,1 В, однако здесь за безопасность нужно платить снижением напряжения, а следовательно и доступного количества энергии, в два раза.
Вторая основная проблема — ударопрочность аккумуляторов, ведь нельзя исключать вероятность ДТП. Увы, при разрушении подобных аккумуляторов нередко возникает возгорание, которое можно потушить только применяя спецсредства. Если пробивать литий-ионные аккумуляторы формфактора 18650 гвоздем, то самовозгорание происходит в 80% случаев. А в автомобиле Тесла более 6000 таких аккумуляторов!
Третья проблема, у которой на данный момент нет решения, — это качество производства аккумуляторов. Причем, проблемы здесь могут возникнуть вне зависимости от эксплуатации, достаточно допустить попадание инородных тел в аккумулятор. Наиболее яркими примерами, показавшими проблемы литий-ионных аккумуляторов, являются случаи с Делл и Боингом-787. В первом случае их просто заменили на аналогичные.
О втором же следует рассказать поподробнее. Компания Боинг была пионером в применении литий-ионных аккумуляторов в авиации. В их самолетах применялся аккумулятор большего размера, нежели стандартный. В январе 2013 года тепловой разгон послужил причиной взрыва, из-за чего все самолеты потеряли допуск к полетам. После того, как было заявлено о решении проблемы, самолеты снова допустили к полетам в апреле 2013. Но уже в январе 2014 случилось возгорание аккумулятора.
«Решение» Боинга состояло в том, что аккумулятор устанавливался в укрепленный отсек, благодаря чему возникающие с аккумулятором проблемы не затрагивали остальной самолет. Однако проблема так и не была устранена, так как на данном этапе развития техники это просто физически невозможно. Стоит отметить, что из-за проблемам при производстве аккумуляторов уже произошло три возгорания автомобиля Тесла.
Из всего этого можно сделать вывод, что на сегодняшний день надежность аккумуляторов является недостаточной для того, чтобы аккумуляторы массово применялись. В ближайшей перспективе они все еще будут дорогой альтернативой, однако с течением времени их число увеличится благодаря удешевлению производства. И если оправдается наиболее пессимистичный сценарий, то вопрос безопасности эксплуатации этого автомобиля будет возложен на плечи владельца.
В целом, безопасность аккумуляторов является очень важным фактором, о котором не стоит забывать даже тем, кто применяет их в мобильных телефонах и ноутбуках. Вполне вероятно, что без развития автопрома и внедрения их в транспорт данные вопросы не были бы поставлены так остро.

Источник: alternativenergy.ru