控制充電:鋰離子汽車電池接受碰撞測試

隨著電動汽車市場的擴張,桑迪亞國家實驗室的電池濫用測試裝置得到了充分利用

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即將推出的雪佛蘭Volt和日產Leaf都依賴鋰離子電池組,電動汽車領域的其他競爭者也是如此。然而,或許是考慮到早期筆記型電腦鋰離子電池組引發的一些廣為人知的火災,消費者是否確信他們的汽車電池即使在發生事故時也能保持安全?

大部分保證都屬於桑迪亞國家實驗室電池濫用測試實驗室的職權範圍,該實驗室已成為美國事實上的汽車電池測試機構。該實驗室對電池進行加熱、衝擊、穿刺和擠壓,以瞭解它們在碰撞和極端執行條件下的安全性。

當鋰離子電池首次進入筆記型電腦市場時,“活性材料非常活躍。出現了一些重大的現場故障,”電池實驗室的團隊負責人克里斯·奧倫多夫指出。通常的原因是熱失控,這是一種化學反應,可能由過度過熱引發,然後可能導致電池著火或爆炸。雖然即使是極端的駕駛條件也不太可能引發這些問題,但碰撞可能會,突然過充也可能——例如,如果汽車在充電時被閃電擊中充電埠。


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化學成分的微小調整會對電池組抵抗過熱或爆炸的效能產生重大影響。奧倫多夫說,“就效能和安全性而言,仍有六種不同的化學成分被認為是可行的”。例如,桑迪亞正在看到更多采用磷酸鐵鋰正極的設計,因為它們保持涼爽,並且隨著時間的推移幾乎不會退化。此外,即使在炎熱的駕駛條件下,用鈦酸鋰負極製成的電池似乎也不太容易過熱。含有不同鋰鹽的電解質也仍在測試其最佳穩定性。

製造商還在測試各種機械安全功能,類似於為防止筆記型電腦鋰電池熱失控而開發的措施。其中包括排放錯誤反應期間積聚的氣體的排氣孔,以及像斷路器一樣跳閘以停用過度活躍電池的電流中斷裝置。

經過多年的實驗,用於節能汽車的先進電池的製造和測試進展加快了,部分原因是2009年美國復甦與再投資法案撥款數百萬美元的研究經費。桑迪亞最近獲得了420萬美元的刺激資金用於升級,這將使其能夠測試更多電池並更快地完成測試。

當然,桑迪亞和製造商都希望防止所有可能的危險。但是,奧倫多夫斷言,消費者忘記了沒有汽車是完全無風險的。鋰離子電池可能比標準鉛酸電池更有可能著火,“但可燃性的可能性遠小於燃燒車輛攜帶15加侖汽油的情況。”

馬克·費舍蒂 擔任大眾科學高階編輯已有17年,報道可持續發展問題,包括氣候、天氣、環境、能源、食物、水、生物多樣性、人口等等。他安排和編輯記者和科學家的專題文章、評論和新聞,也以這些形式撰寫文章。他編輯“歷史”欄目,該雜誌的部門回顧各個時期的科學進步。他是兩本衍生雜誌的創始執行編輯:大眾科學 Mind大眾科學 Earth 3.0。他2001年為該雜誌撰寫的自由撰稿文章“淹沒新奧爾良”預測了像卡特里娜颶風這樣的風暴將給該市帶來的廣泛災難。他的影片 你死後身體會發生什麼? 在 YouTube 上的觀看次數超過 1200 萬次。費舍蒂曾為《紐約時報》、《體育畫報》、《史密森尼》、《技術評論》、《快公司》和許多其他媒體撰寫自由撰稿文章。他與全球資訊網的發明者蒂姆·伯納斯-李合著了《編織網路》一書,講述了全球資訊網建立的真實故事。他還與微生物學家埃莉諾·列維合著了《新殺手疾病》。費舍蒂曾任 IEEE Spectrum MagazineFamily Business Magazine 的執行編輯。他擁有物理學學位,並兩次擔任路易斯安那州百年學院的阿塔維公民文化研究員,該學院授予他榮譽博士學位。2021年,他榮獲美國地球物理聯合會的羅伯特·C·科恩科學新聞持續成就獎,以表彰其在地球和空間科學領域的傑出報道職業生涯。他曾出現在 NBC 的《與媒體見面》、CNN、歷史頻道、NPR 新聞和許多新聞廣播電臺中。在 X(前身為 Twitter)上關注費舍蒂 @markfischetti

更多作者:馬克·費舍蒂
大眾科學 雜誌 第 303 卷 第 2 期本文最初以“控制充電:鋰離子汽車電池接受碰撞測試”為標題發表於大眾科學 Magazine 第 303 卷 第 2 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican082010-2iCWX61Wzb2OHcEXeTlBL1
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