10 月 1 日，羅布·卡爾森駕駛他的 特斯拉 Model S 行駛在西雅圖郊外 167 號公路上。他不小心碾過一塊金屬，很可能是一輛卡車的擋泥板或其他弧形金屬部件。那塊金屬不知何故刺穿了車輛四分之一英寸厚的裝甲底盤，並穿透了電池組。30 分鐘內，這輛車就起火了——這是美國公路上首例純電動汽車火災，並在網上迅速傳播。
幸運的是，Model S 配備了警告系統。“事故發生後，汽車立即警告駕駛員駛離高速公路。這太棒了，”阿貢國家實驗室 聯合儲能研究中心 副主任、化學家傑夫·張伯倫指出，該中心也被稱為美國政府的電池研究中心。“當然，任何價值 8 萬美元的汽車都應該能為你做到這一點。”
幾周後，在墨西哥梅里達，一位駕駛員高速行駛時失去了對他 Model S 的控制，撞穿了水泥牆和一棵樹。駕駛員和乘客都能夠自行離開，顯然沒有受傷，之後特斯拉燃起了大火。現在，第三輛 Model S 也因事故起火，事故仍然是由道路碎片引起的——這次是在士麥那附近的一輛脫落的拖車掛鉤（巧合的是，日產也在那裡生產全電動 LEAF，它使用了類似的鋰離子電池）——這似乎再次刺穿了汽車的電池組，並在 11 月 6 日將其點燃。
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電池起火問題並非特斯拉 Model S 獨有，Model S 在某些方面是世界上最安全的汽車。去年 10 月，在桑迪颶風過後被海水浸泡後，16 輛菲斯克·卡瑪汽車起火燃燒。2011 年，一輛雪佛蘭 Volt 在接受美國國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 安全測試幾周後，突然在車庫裡開始冒煙並燃燒，這促使進行了一項全面的安全調查，後來該車型被批准銷售。在過去幾年中，大約發生了 20 起此類事件。相比之下，請注意，在道路上占主導地位的車輛型別——內燃機汽車——大約每四分鐘就會發生一次火災。
儘管如此，電池汽車可能會突然起火。這不僅限於汽車——想想波音夢想客機或任何數量的索尼產品。相反，這是一個電池本身的問題。將大量化學能壓縮到一個小空間中，如果出現問題，火災或爆炸是不可避免的結果。那麼，如果發生這種新型火災，應該怎麼做呢？
新型火災 鋰離子電池是世界上最流行的電池技術，數以億計地應用於從手機到電動汽車的各種產品中。然而，此類事故已被證明極為罕見。
以下是鋰離子電池的工作原理。一層塑膠薄膜隔開了正極和負極，所有這些都浸泡在電解液中，在這種情況下，電解液是一種透明的化學溶劑。電解液是一種碳酸鹽液體，可攜帶鋰離子。每個鋰離子都充當一種穿梭物，將電子從陰極輸送到陽極。在陰極，鋰離子被吸收，釋放出這些電子以充當電流並電離鋰。要為電池充電，只需新增電力，這會將鋰從陰極驅回陽極，然後它就可以再次執行所有操作.*
現在，將陽極和陰極材料的薄片緊緊捲起，並塞入圓柱體中。這就是一個鋰離子電池。在這種結構中，各種各樣的事情都可能出錯，從導致外殼圓柱體爆裂的氣體積聚，到在陽極和陰極之間形成實際的金屬鋰連線，然後引發工程師所稱的“熱失控”。它更通俗地被稱為火災，並且由於電池的其他元件，例如塑膠隔膜和有機溶劑，也像汽油一樣容易燃燒，從而加劇了火勢。“從本質上講，這是一場化學火災，”張伯倫解釋道。
將足夠多的電池單元彼此相鄰放置，一個單元中的缺陷很快就會變成所有單元的缺陷，即汽車大小的電池組規模的熱失控。電池的這種故障會產生自身的熱量，或者用化學家的話說，該反應是放熱的——足以使一個單元的熱量引燃另一個單元。這就是為什麼管理電動汽車電池冷卻和充電的軟體與鋰離子電池組本身同樣重要。
而這正是特斯拉脫穎而出的地方。（特斯拉拒絕為本文提供評論人員，但將這位記者推薦給了美國國家消防協會和該公司的線上安全影片。）這家新興汽車公司將每輛 Model S 中來自松下的 6,500 多個鋰離子電池限制在 16 個獨立的模組中——這些模組是獨立但相同的，並構成了車輛的整體電池組。透過以這種方式分隔模組，一個模組中的故障不太可能蔓延到另一個模組。此外，特斯拉的電池組還使用基於乙二醇的化學混合物（外觀呈藍色）進行冷卻，該混合物可以迅速帶走任何多餘的熱量。特斯拉執行長埃隆·馬斯克表示，每個模組之間還有一個“防火牆”，這表明某種耐熱材料正在隔離這些模組。在 10 月 1 日發生在華盛頓的電池組被刺穿事件中，似乎只有一個模組起火。電池管理系統工作良好，以至於汽車的導航系統警告駕駛員靠邊停車並遠離車輛。他毫髮無損地離開了事故現場。
這在涉及汽油的撞車事故中通常並非如此。
請記住，電動汽車無法像燃油汽車行駛那麼遠的部分原因是，即使是最好的鋰離子電池每公斤也只能儲存約 200 瓦時的能量。汽油每公斤可儲存近 12,000 瓦時*。儲存的能量越少，意味著釋放能量的風險就越低。“我們已經在車輛中攜帶了真正高能量密度的材料，”張伯倫指出。“我們應該感到安心。”
或者，正如特斯拉的馬斯克所說：“對於擔心火災風險的消費者來說，絕對毫無疑問，用電池為汽車供電比用一大罐高度易燃液體更安全。”
撲滅火焰
然而，一旦電池火災開始燃燒，這種火災可能比汽油火災更難撲滅。在華盛頓，消防員在金屬框架上切開孔洞，從而使更多的氧氣進入正在燃燒的電池火災中，這無濟於事。最好的做法可能是什麼都不做。
桑迪亞國家實驗室電池濫用測試實驗室的首席研究員克里斯·奧倫多夫說：“在我們受控的實驗室環境中，我們更傾向於讓鋰離子電池火災自行燃盡。”他的工作包括找出引爆任何給定電池所需的條件。這也是特斯拉在其緊急響應指南中為急救人員提供的指導：“電池火災可能需要長達 24 小時才能完全撲滅。考慮讓車輛燃燒，同時保護周圍環境。”
如果採取更積極的行動，就像華盛頓州撞車事故中發生的那樣，請注意不要在鋰離子電池火災上澆水太少。如果水量不足，火災只會看起來熄滅了——然後又會重新爆發。並且，如果由於鋰離子電池故障而形成了少量金屬鋰（鋰離子電池儘管名稱如此，但通常不含金屬鋰），則這種活性金屬會因空氣中的溼度等簡單因素而起火。在嘗試撲滅鋰離子火災時，要麼需要大量的水，要麼需要替代的滅火劑，如 CO2 或其他化學物質，如哈龍。美國國家消防協會指出，這是一個需要更多研究以確定最佳方法的領域。
更令人擔憂的是，如果鋰離子電池在事故中損壞後被置之不理，它可能會緩慢退化，直至數週後自燃。本質上，如果損壞，鋰離子電池可能會從電池中的氟化化合物中產生氫氟酸（地球上最強的酸之一），然後進一步損壞電池本身，並可能使條件變得適合火災。在雪佛蘭 Volt 在安全測試後幾周起火的案例中，就發生了類似的事情。
然後是有毒蒸氣：前面提到的硫酸，以及可能因火災釋放出來的各種金屬碎片，包括鋁、鈷、銅、鋰和鎳。任何靠近此類火災的人，尤其是在封閉空間內，都應佩戴全套防護裝備和自給式呼吸器，以防止外界空氣進入系統。硫酸絕非兒戲（儘管它也用於某些鉛酸電池的電解液中，這也是每年有 2,000 多人因使用鉛酸電池（如傳統汽車中的電池）而遭受化學灼傷的部分原因。）
目前，超過 10 萬輛電動汽車在美國的道路上行駛。隨著越來越多的電動汽車上路，無論是豪華的特斯拉 Model S 還是更便宜的替代品（如福特 Fusion Energi），這種新型火災將變得更加普遍。這將反過來意味著 NHTSA 和其他監管機構將需要制定新的電動汽車安全測試，一個包括美國能源部在內的跨部門工作組目前正在努力完成這一過程。
特斯拉在華盛頓起火的原因之一是設計本身固有的。電池組構成了 Model S 的最底部。這種“滑板”設計使Model S 駕駛起來非常穩定。
但是滑板設計也使電池組暴露於道路的危險之中。一輛燃油汽車碾過一塊金屬可能會撕裂消聲器和排氣系統，或者可能刺穿燃油管路。在特斯拉 Model S 的案例中，它刺穿了電池並引發了火災。NHTSA 將進行調查。“評估和了解電池單元或電池組對所有型別的濫用情況的反應非常重要，”桑迪亞的奧倫多夫認為，“這樣才能進行適當的設計、化學或工程改進，以減輕這些風險。”
或者，正如卡爾森在給特斯拉客戶服務的電子郵件中所寫：“我一直在想這遲早會發生，只是沒想到會發生在我身上。但現在它發生了，並且可能讓人鬆了一口氣，作為一個測試和風險問題——這個‘末日’事件現在已經過測試，設計和工程都奏效了。”換句話說，電池起火併不是阻止電動汽車發展的理由。
* 更正（2013 年 11 月 19 日）：這些句子已得到更正，以更準確地反映鋰離子電池的化學性質和汽油的能量密度。