Літій-іонні акумулятори відрізняються за ступенем ризику

dav

У міру того, як розгортається тренд на зберігання енергії, медіа-простір заполонили історії про те, що літій-іонні батареї загоряються і навіть вибухають. Це небезпідставне занепокоєння, оскільки споживачам давно пора зрозуміти основну правду про літій-іонні акумулятори.

Використання літій-іонних акумуляторів у Сполучених Штатах зростає в геометричній прогресії. Сьогодні кожен телефон, електроінструмент та електромобіль оснащені літієвою батареєю, не кажучи вже про 100 ГВт-год літієвих батарей, що працюють в масштабах комунальних підприємств.

Це змушує багатьох споживачів нервувати. З розвитком цієї тенденції медіа-ландшафт заполонили історії про те, що літій-іонні акумулятори загоряються і навіть вибухають. Це небезпідставне занепокоєння, і споживачам давно пора зрозуміти основну правду про літій-іонні акумулятори.

Найважливіший момент, який або невідомий, або про який не згадується в кожній із сотень жахливих історій, які ви можете знайти в Інтернеті про пожежі електромобілів, комунальних та домашніх акумуляторів, полягає в тому, що “літій-іонний” – це загальний термін. Він не описує конкретний тип батареї. Існує більше десятка літій-іонних акумуляторів. Шість з них вийшли за межі лабораторії. Три з них можна знайти на ринку. Два з них неймовірно поширені, а відмінності між ними настільки істотні, що їх порівняння послужить відмінним підручником з цієї теми.

Варіанти NMC

Перший хімічний склад – літій-нікель-марганцево-кобальтовий оксид або NMC. Приблизно до 2020 року вони були беззаперечним лідером за часткою ринку літієвих батарей. У 2022 році вони все ще становили близько 60% ринку. Однак після такої кількості (здебільшого не зафіксованих) загорянь акумуляторів у ранніх моделях електромобілів (EV) і подальшого переходу Tesla та кількох інших великих виробників EV на виняткове використання літій-залізо-фосфатної хімії (LFP) минулого року, очікується, що ця частка скоротиться вдвічі в найближчій перспективі.

Щільність енергії NMC приблизно на 10% (залежно від виробника) вища, ніж у LFP. Крім того, вони значно легші, ніж LFP, за вагою на кВт-год. Це значною мірою зумовило їх швидке впровадження в промисловість. Однак, недостатньо високі показники безпеки, тривалість життя та зростаюча вартість матеріалів NMC призвели до того, що останнім часом майже у всіх галузях промисловості перевага надається ЛФП.

Небезпека літій-іонних акумуляторів, про яку так часто попереджають громадськість, – це майже виключно небезпека NMC. Дуже низька температура теплового розгону, що досягається в багатьох реальних сценаріях, є первинною. Зважаючи на те, що температура б’є рекорди щороку на більшій частині території країни, температура навколишнього середовища 110° або навіть 120°F є майже звичайним явищем у регіонах, які ніколи не бачили їх до 2000-х років.

Оскільки більша частина електромереж країни страждає від недостатньої та занепалої інфраструктури, а також від підвищеного попиту на кондиціонування повітря в спекотну погоду, все частіше виникають “ідеальні шторми”, коли батареї NMC, підключені до електромереж (чи то в гаражі, чи то в комунальному сховищі), змушені віддавати свою максимальну потужність під час найспекотніших температур довкілля. Таким чином, досягається їхня (тривожно низька) температура теплового розряду, що призводить до вибуху елементів і загоряння акумуляторів.

Заклики до евакуації у відповідь на найбільші з цих інцидентів, окрім ризику вибуху в безпосередній близькості, видаються пожежниками, оскільки газові викиди під час розриву комірок NMC надзвичайно токсичні, містять кілька газів фтору, а також кобальт і марганець, концентрація яких значно перевищує токсичні межі.

Хімія LFP

LFP або літій-залізо-фосфат, також відомий як LiFePO4, – це зовсім інша хімічна речовина. Завдяки набагато вищій температурі теплового розряду (приблизно на 20° C вище, залежно від виробництва), потенціал розриву клітин через тепловий розряд виходить далеко за межі нормальних умов експлуатації, навіть у найспекотніші дні.

Крім того (і це здається очевидним, але все ж варто згадати), залізо не горить так, як марганець. У тих рідкісних випадках, коли пожежі через несправність акумулятора все ж трапляються, вони обмежуються загорянням проводів, а іноді і друкованих плат системи керування акумулятором (BMS). Якщо припустити, що корпус батареї відповідає стандартам NEMA або IP, загоряння елементів не може уникнути корпусу, якщо він не був пробитий.

Крім того, результати кількох експериментів з примусовим вибухом елементів підтвердили за допомогою газової хроматографії, що гази, які виділяються під час розриву елемента, є найменш токсичними (не містять аерозолів перехідних металів, на відміну від NMC) з трьох поширених літієвих хімікатів.