Sind Lithium-Ionen-Elektroautos sicher?

Laptops mit Lithium-Ionen-Akkus überhitzen gelegentlich und fangen Feuer. Dies hat einige Leute besorgt über den Einsatz dieser Art von Batterie in neuen Elektrosportwagen und Bausätzen zum Umbau konventioneller Autos und Hybridfahrzeuge in vollelektrische Autos.

Es ist eine aufregende Zeit für Elektrofahrzeuge – mit regelmäßigen Ankündigungen von steigenden Speicherkapazitäten für Batteriematerialien (siehe Batterie-Breakthrough) und exotischen, hochpreisigen Fahrzeugen, die auf den Markt kommen sollen, wie zum Beispiel der kürzlich angekündigte Sportwagen von Tesla-Motoren von San Carlos, Kalifornien. Doch Elektrofahrzeuge sind in der Vergangenheit gescheitert. Um dieses Mal erfolgreich zu sein, müssen sie den Endverbraucher überzeugen, und das heißt unter anderem, dass die leistungsstarken Akkupacks sicher sind.

Lithium-Ionen-Akkus werden seit langem für die Stromversorgung von Laptops und Mobiltelefonen bevorzugt, da sie klein und leicht sind. Aber so viel Energie auf kleinem Raum zu packen ist auch gefährlich. Es ist bekannt, dass die Batterien manchmal heftig in Flammen aufgehen; Und da sowohl der Brennstoff als auch das Oxidationsmittel in der Batterie gebündelt sind, können sie nicht wie gewöhnliche Brände erstickt werden, sagt Dan Doughty, der die Tests von Lithium-Ionen-Batterien in den Sandia National Laboratories in Albuquerque, NM, leitet.



Die wichtigsten Sicherheitsherausforderungen sind die Vermeidung von Überladung, Überhitzung und Schäden bei einem Unfall. In jedem Fall können chemische Reaktionen außer Kontrolle geraten, was zu einem thermischen Durchgehen führt, das Temperaturen erzeugen kann, die heiß genug sind, um Aluminium zu schmelzen und Batterien zum Explodieren zu bringen, sagt er.

Nach Angaben der US-amerikanischen Consumer Products Safety Commission ereigneten sich zwischen 2003 und 2005 mehr als 300 Vorfälle, bei denen Lithium-Ionen-Akkus von Laptops und Mobiltelefonen überhitzten oder Feuer fingen. Bei vielen Vorfällen ging es um Personenschäden.

Dieses potenzielle Problem mit Lithium-Ionen-Batterien vervielfacht sich in Fahrzeugen. Im Fall des Autos von Tesla Motors zum Beispiel sind fast 7.000 Batterien hinter dem Fahrgastraum verpackt, um das Auto anzutreiben (in etwa vier Sekunden auf beeindruckende 60 Meilen pro Stunde).

Aber das Unternehmen hat viel getan, um sein batteriebetriebenes System sicher zu halten – viel mehr als bei Laptops, sagt CEO Martin Eberhard.

Was ist mit Freund passiert?

Um die Temperaturen unter Kontrolle zu halten, haben die Ingenieure von Tesla ein elektronisch gesteuertes Flüssigkeitskühlsystem entwickelt. Dazu gehören auch ein Überladeschutz, drei Lagen Sicherungen und Sensoren, die bei hohen Temperaturen, einem plötzlichen Aufprall oder einem Überschlag die Abschaltung der Batterien auslösen. Tatsächlich war die Entscheidung, viele kleine Batterien anstelle einiger sehr großer zu verwenden, zum Teil eine Sicherheitsüberlegung – jede Batterie und ihre relativ geringe Menge an gespeicherter Energie im Vergleich zum Gesamtsystem ist in einem eigenen Stahlgehäuse isoliert und geschützt. Und das gesamte System ist zusätzlich zum Unfallschutz gekapselt.

Mark Verbrugge, Batterieexperte im Forschungs- und Entwicklungszentrum von GM in Warren, MI, sagt, dass solche Sicherheitsmaßnahmen ausreichen sollten, um Batterien sicher zu halten. Ein Faktor bleibt jedoch außerhalb der direkten Kontrolle der Autohersteller. Die einzige Sache, die OEMs wirklich Sorgen macht, ist, dass man eine mangelhafte Herstellung in Bezug auf die Sicherheit nicht kontrollieren kann, sagt er. Wenn sich beispielsweise zwei Elektroden berühren, weil sie schlecht verarbeitet sind, hat man ein Problem, sagt Verbrugge.

Ein solcher interner Kurzschluss kann eine unkontrollierte chemische Reaktion auslösen, sagt Sandias Doughty und fügt hinzu, dass Sie nichts unternehmen werden, um diese Reaktion extern zu unterbrechen, wenn es einen Fehler in der Herstellung gibt und es einen internen Kurzschluss hat. Solche Probleme sind selten und treten in einer von zehn Millionen Zellen in Laptops und anderer Elektronik auf, sagt Doughty. Aber, sagt er, wenn es 7.000 Zellen gibt und es einen von zehn Millionen Ausfällen gibt, berechnet man, wie viele Fahrzeuge ein Zellenproblem haben werden.

Aber selbst wenn eine defekte Batterie es in ein Fahrzeug schafft, ist dies möglicherweise kein großes Problem. Wir haben es so konzipiert, dass es sich nicht auf die Nachbarzellen ausbreitet, wenn man in unseren Akkupack greift und bewusst einen der Akkus in Brand setzt, sagt Eberhard. Er nennt zwei Gründe: Jede Batterie kommt in einem Stahlgehäuse und ein Flüssigkeitskühlsystem kann die überschüssige Wärme abführen.

können sich menschen kreuzen

Doughty sagt jedoch, dass er während der Tests heftige Explosionen der Art gesehen hat, die möglicherweise ein Stahlgehäuse zerbrechen könnten. Fällt auch die Flüssigkeitskühlung aus, kann eine einzelne Batterie benachbarte Batterien überhitzen und eine Kaskade kleiner Explosionen auslösen. Doughty sagt, dass Elektroautohersteller möglicherweise in der Lage sind, Systeme zu entwickeln, die akzeptabel sicher sind, aber er stellt fest, dass Ingenieure zwar immer über mehrere Sicherheitsebenen verfügen, die schlimmsten Unfälle jedoch passieren, wenn aufgrund eines sehr seltenen Ereignisses zwei oder mehr dieser mehreren Ebenen auftreten sind kompromittiert.

Auch wenn ein solcher Unfall selten ist, kann es dennoch zu Rückschlägen gegen Elektrofahrzeuge kommen. Insbesondere sorgen sich Doughty um Umbausätze, um konventionelle Fahrzeuge oder Hybride in Elektroautos auf Lithium-Ionen-Basis zu verwandeln (siehe Plug-In-Hybride sind auf dem Weg). Ich mache mir Sorgen, dass eines Tages ein Lithium-Ionen-Fahrzeug einen ziemlich spektakulären Unfall haben wird – und was werden die Leute dann sagen?

Experten haben zwei wichtige Empfehlungen, um voranzukommen und noch sicherere Elektrofahrzeuge zu produzieren. Erstens müssen Autohersteller einen sehr strengen Überprüfungsprozess für ihre Batteriehersteller haben, sagt Verbrugge. Und auf lange Sicht, so Doughty, wird es wichtig sein, die Forschung an neuen hochenergetischen Lithium-Ionen-Batterie-Chemikalien zu unterstützen, die nicht anfällig für Überhitzung sind.

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