211service.com
Zijn lithium-ion elektrische auto's veilig?
Laptops die zijn uitgerust met lithium-ionbatterijen, raken af en toe oververhit en vatten vlam. Sommige mensen maken zich zorgen over het gebruik van dit type batterij in nieuwe elektrische sportwagens en kits voor het ombouwen van conventionele auto's en hybride voertuigen tot volledig elektrische auto's.
Het is een opwindende tijd voor elektrische voertuigen - met regelmatige aankondigingen van toenemende opslagcapaciteit voor batterijmaterialen (zie Batterijdoorbraak ) en exotische, dure voertuigen die op de markt zullen komen, zoals de onlangs aangekondigde sportwagen van Tesla Motors van San Carlos, Californië. Maar elektrische voertuigen hebben in het verleden gefaald. Willen ze dit keer wel slagen, dan moeten ze de algemene consument voor zich winnen en dat betekent onder meer aantonen dat de krachtige accu's veilig zijn.
Lithium-ionbatterijen hebben al lang de voorkeur voor het voeden van laptops en mobiele telefoons omdat ze klein en licht zijn. Maar het is ook gevaarlijk om zoveel energie in een kleine ruimte te stoppen. Van de batterijen is bekend dat ze soms met geweld in vlammen opgaan; en omdat zowel de brandstof als het oxidatiemiddel in de batterij zijn gebundeld, kunnen ze niet worden gesmoord zoals gewone vuren, zegt Dan Doughty, die het testen van lithium-ionbatterijen beheert bij Sandia National Laboratories in Albuquerque, NM.
De belangrijkste veiligheidsuitdagingen zijn het voorkomen van overladen, oververhitting en schade bij een ongeval. In elk geval kunnen chemische reacties uit de hand lopen, waardoor thermische runaway ontstaat, die temperaturen kan genereren die hoog genoeg zijn om aluminium te smelten en batterijen te laten ontploffen, zegt hij.
Volgens de Amerikaanse Consumer Products Safety Commission hebben er van 2003 tot 2005 meer dan 300 incidenten plaatsgevonden waarbij lithium-ionbatterijen voor laptops en mobiele telefoons oververhit raakten of vlam vatten. Bij veel van de incidenten ging het om persoonlijk letsel.
Dit potentiële probleem met lithium-ionbatterijen wordt vermenigvuldigd met duizenden in voertuigen. In het geval van de auto van Tesla Motors, bijvoorbeeld, zijn er bijna 7.000 batterijen achter het passagierscompartiment verpakt om de auto van stroom te voorzien (tot een indrukwekkende 100 km/u in ongeveer vier seconden).
Maar het bedrijf heeft veel gedaan om zijn batterijgevoede systeem veilig te houden - veel meer dan bij laptops, zegt CEO Martin Eberhard.
Om de temperatuur onder controle te houden, hebben de technici van Tesla een elektronisch gestuurd vloeistofkoelsysteem ontwikkeld. Ze hebben ook bescherming tegen overladen, drie lagen zekeringen en sensoren die ervoor zorgen dat de batterijen worden losgekoppeld in het geval van hoge temperaturen, een plotselinge impact of een kanteling. In feite was de beslissing om veel kleine batterijen te gebruiken in plaats van een paar zeer grote, gedeeltelijk een veiligheidsoverweging: elke batterij en zijn relatief kleine hoeveelheid opgeslagen energie in vergelijking met het hele systeem is geïsoleerd en beschermd in zijn eigen stalen behuizing. En het hele systeem is ook omhuld voor bescherming bij een ongeval.
Mark Verbrugge, een batterij-expert bij het onderzoeks- en ontwikkelingscentrum van GM in Warren, MI, zegt dat dergelijke veiligheidsmaatregelen voldoende zouden moeten zijn om batterijen veilig te houden. Toch blijft één factor buiten de directe controle van autofabrikanten. Het enige dat OEM's echt zorgen baart, is dat je geen controle hebt over productie van slechte kwaliteit als het gaat om veiligheid, zegt hij. Bijvoorbeeld, zegt Verbrugge, als twee elektroden elkaar raken omdat ze slecht zijn vervaardigd, heb je een probleem.
Zo'n interne kortsluiting kan een ongecontroleerde chemische reactie veroorzaken, zegt Sandia's Doughty, eraan toevoegend dat als er een fout in de productie is en het een interne kortsluiting heeft, je van buitenaf niets gaat doen om die reactie te onderbreken. Dergelijke problemen zijn zeldzaam en komen voor in een van de tien miljoen cellen in laptops en andere elektronica, zegt Doughty. Maar, zegt hij, als er 7.000 cellen zijn en er is één op de tien miljoen storingen, dan reken je uit hoeveel voertuigen een celprobleem zullen hebben.
Zelfs als een slechte batterij het in een voertuig haalt, is dit misschien geen groot probleem. We hebben het zo ontworpen dat als je in ons batterijpakket steekt en opzettelijk een van de batterijen in brand steekt, het zich niet voortplant naar de aangrenzende cellen, zegt Eberhard. Hij geeft twee redenen: elke batterij zit in een stalen behuizing en een vloeistofkoelsysteem kan de overtollige warmte afvoeren.
Toch zegt Doughty dat hij tijdens tests gewelddadige explosies heeft gezien van het type dat mogelijk een stalen kast zou kunnen scheuren. Als de vloeistofkoeling ook faalt, kan een enkele batterij ervoor zorgen dat aangrenzende batterijen oververhit raken, waardoor een cascade van kleine explosies ontstaat. Doughty zegt dat elektrische autobedrijven in staat kunnen zijn om systemen te ontwikkelen die acceptabel veilig zijn, maar hij merkt op dat, hoewel ingenieurs altijd meerdere veiligheidslagen hebben, de ergste ongelukken gebeuren wanneer, vanwege een zeer zeldzame gebeurtenis, twee of meer van deze meerdere lagen zijn gecompromitteerd.
Zelfs als een dergelijk ongeval zeldzaam is, kan er nog steeds een verzet zijn tegen elektrische voertuigen. Doughty maakt zich met name zorgen over conversiekits om conventionele voertuigen of hybrides om te zetten in elektrische auto's op basis van lithium-ion (zie Plug-in Hybrids zijn onderweg). Waar ik me zorgen over maak, is dat er een dezer dagen een lithium-ion-aangedreven voertuig zal zijn dat een behoorlijk spectaculair ongeluk zal krijgen - en wat gaan mensen dan zeggen?
Experts hebben twee belangrijke aanbevelingen om vooruit te komen en nog veiligere elektrische voertuigen te produceren. Ten eerste moeten autofabrikanten een zeer strikt screeningproces hebben voor hun batterijfabrikanten, zegt Verbrugge. En op de lange termijn, zegt Doughty, zal het belangrijk zijn om onderzoek te ondersteunen naar nieuwe hoog-energetische lithium-ionbatterijen die niet vatbaar zijn voor oververhitting.