- Наскільки безпечні літієві акумулятори? Літієві акумулятори - всього лише накопичувачі енергії. ...
- Акумулятори майбутнього
Наскільки безпечні літієві акумулятори?
Літієві акумулятори - всього лише накопичувачі енергії. Але після оглушливого провалу Samsung Note 7 і не менше гучного випадку загоряння електромобіля Tesla виникає питання: а наскільки вони взагалі безпечні?
Північноамериканська преса обожнює Ілона Маска і з насолодою смакує успішні проекти його компаній Tesla і SpaceX. Чи не обділяють увагою журналісти і сенсаційні невдачі, які їх переслідують. Так, новина про те, що на початку листопада в Індіанаполісі вибухнув електрокар Tesla Model S, рознеслася по медіаканалах з блискавичною швидкістю.
Розмашисті заголовки вселяли, що самоврядна техніка коштувала людських життів, як у випадку з ДТП у Флориді, коли включений автопілот не спрацював.
Не меншу увагу привернув Samsung Galaxy Note 7, який отримав сумну славу незабаром після старту продажів завдяки численним інцидентам з самозаймання. Виробникові не вдалося вирішити проблему з акумулятором, тому довелося відкликати фаблет з продажу, коли вибухати стали навіть пристрої, призначені для заміни.
Проте, жоден з цих випадків не повинен стати причиною загальної боязні літій-іонних акумуляторів. По крайней мере, так вважає доктор Вернер Тільметц, професор Центру з досліджень в області сонячної і водневої енергетики в Ульмі, Німеччина. За його словами, випадок з Samsung, зокрема, показує, що вимоги виробників смартфонів довели розвиток технології виробництва акумуляторів до деяких меж.
«Електрокари не більше пожежонебезпечні, ніж автомобілі на бензині»: професор, доктор Вернер Тільметц, Центр з досліджень в області сонячної і водневої енергетики
Для досягнення оптимальної щільності потужності і енергії виробники зменшують товщину полімерного сепаратора, що відокремлює позитивні і негативні електроди акумулятора. Товщина сепаратора акумуляторів, вироблених за технологіями нинішнього покоління, становить всього кілька мікрометрів, але цей шар повинен надійно ізолювати компоненти акумулятора один від одного.
Порушення технології виробництва, наприклад, деформація шару, не обов'язково призводить до дефекту, який може виявити контроль якості, зате через деякий час може стати причиною короткого замикання всередині осередку.
Проблема полягає в тому, що, як виражається професор Тільметц, електрохімічні осередки «дихають», - зміна структури кристала під час зарядки злегка їх розтягує, а при розрядці вони знову стискаються. Така механічна навантаження в процесі експлуатації може повністю розірвати сепаратор, якщо він був раніше пошкоджений.
Короткі замикання всередині осередків призводять до виникнення дуже високих струмів і перегріву. Температура стає критичною при 200-220 ° C. При таких температурах підвищується тиск, що призводить до руйнування осередку; електроліт, яким залита осередок, починає вступати в реакції, виділяючи леткі речовини.
Приблизно при 220 ° C розкладається матеріал електродів, в результаті реакції виділяється водень, який запалює іскра, перетворюючи в язик полум'я. Звичайно, такі пошкодження акумуляторів небезпечні, але Тільметц посилається на статистику: проблема торкнулася тільки кожне 40 000-е пристрій з цілих два мільйони випущених пристроїв Galaxy Note 7.
Автомобілі на бензині горять частіше
На жаль, причиною нещасного випадку в Індіанаполісі стало зовсім інше. Тоді в результаті загоряння машини загинули двоє людей, однак акумулятор виявився ні при чому. Електрокар на високій швидкості мчав по місту, водій не впорався з керуванням і врізався в дерево. За свідченням одного з очевидців, відразу слідом за цим послідував могутній вибух. Пожежні впоралися з вогнем тільки через чверть години - на той час рятувати людей було вже пізно.
Тільметц вважає дуже малоймовірною версію великомасштабного вибуху акумулятора електромобіля. Судячи з опублікованої відеозапису одного з брали участь у порятунку пожежників, справа відбувалося наступним чином: через сильного нагріву окремі осередки пошкодженого акумулятора Tesla почали розриватися одна за одною і іскрити, після чого їх викинуло в повітря. Проте, за інтенсивністю вибух нагадує ефект не стільки бомби, що розірвалася, скільки піротехнічної шашки.
Якщо в акумуляторі між осередками не передбачена хороша ізоляція, зажевріли і розірвалася осередок нагріває сусідню - запускається ланцюгова реакція, так званий теплової розгін, який викликає ще більший стрибок температури, але відбувається це, за словами професора, що не вибухово, а протягом декількох хвилин. Зрештою, в усіх відомих випадках загоряння електрокарів Tesla все відбувалося таким чином, що водій міг без особливих труднощів зупинити машину і вийти.
І знову Тільметц посилається на статистику, на цей раз по електромобілям. Займання традиційних автомобілів в результаті ДТП або через наявність дефектів відбувається досить часто. У Німеччині, наприклад, щорічно фіксується кілька тисяч подібних випадків. На питання, чи є електромобіль більш пожежонебезпечним, ніж автомобіль на пальному, у Тільметца є чітка відповідь: «Ні». Навпаки, ймовірність вибуху бензину через великої кількості енергії навіть вище: 50 літрів палива - це, як мінімум, 450 кВт⋅ч енергії, а акумулятор Tesla віддає всього 100 кВт⋅ч.
Акумулятори майбутнього
Літій-іонний акумулятор зберігає свою елетроенергіі в літії. При зарядці анода атоми літію зберігаються між шарами графіту. При розрядці вони віддають електрони і переміщаються у вигляді іонів літію в шарувату структуру катода (кобальтит літію). Однак після кількох циклів зарядки-розрядки графітовий шар розривається. Можливо, скоро графіт в таких акумуляторах замінять на інші матеріали.
джерело: chip
Наскільки безпечні літієві акумулятори?