10 月 1 日，罗布·卡尔森驾驶他的 特斯拉 Model S 行驶在西雅图郊外 167 号公路上。他不小心碾过一块金属，很可能是一辆卡车的挡泥板或其他弧形金属部件。那块金属不知何故刺穿了车辆四分之一英寸厚的装甲底盘，并穿透了电池组。30 分钟内，这辆车就起火了——这是美国公路上首例纯电动汽车火灾，并在网上迅速传播。
幸运的是，Model S 配备了警告系统。“事故发生后，汽车立即警告驾驶员驶离高速公路。这太棒了，”阿贡国家实验室 联合储能研究中心 副主任、化学家杰夫·张伯伦指出，该中心也被称为美国政府的电池研究中心。“当然，任何价值 8 万美元的汽车都应该能为你做到这一点。”
几周后，在墨西哥梅里达，一位驾驶员高速行驶时失去了对他 Model S 的控制，撞穿了水泥墙和一棵树。驾驶员和乘客都能够自行离开，显然没有受伤，之后特斯拉燃起了大火。现在，第三辆 Model S 也因事故起火，事故仍然是由道路碎片引起的——这次是在士麦那附近的一辆脱落的拖车挂钩（巧合的是，日产也在那里生产全电动 LEAF，它使用了类似的锂离子电池）——这似乎再次刺穿了汽车的电池组，并在 11 月 6 日将其点燃。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过 订阅来支持我们屡获殊荣的新闻报道。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续报道关于发现和塑造我们当今世界的想法的具有影响力的故事。
电池起火问题并非特斯拉 Model S 独有，Model S 在某些方面是世界上最安全的汽车。去年 10 月，在桑迪飓风过后被海水浸泡后，16 辆菲斯克·卡玛汽车起火燃烧。2011 年，一辆雪佛兰 Volt 在接受美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 安全测试几周后，突然在车库里开始冒烟并燃烧，这促使进行了一项全面的安全调查，后来该车型被批准销售。在过去几年中，大约发生了 20 起此类事件。相比之下，请注意，在道路上占主导地位的车辆类型——内燃机汽车——大约每四分钟就会发生一次火灾。
尽管如此，电池汽车可能会突然起火。这不仅限于汽车——想想波音梦想客机或任何数量的索尼产品。相反，这是一个电池本身的问题。将大量化学能压缩到一个小空间中，如果出现问题，火灾或爆炸是不可避免的结果。那么，如果发生这种新型火灾，应该怎么做呢？
新型火灾 锂离子电池是世界上最流行的电池技术，数以亿计地应用于从手机到电动汽车的各种产品中。然而，此类事故已被证明极为罕见。
以下是锂离子电池的工作原理。一层塑料薄膜隔开了正极和负极，所有这些都浸泡在电解液中，在这种情况下，电解液是一种透明的化学溶剂。电解液是一种碳酸盐液体，可携带锂离子。每个锂离子都充当一种穿梭物，将电子从阴极输送到阳极。在阴极，锂离子被吸收，释放出这些电子以充当电流并电离锂。要为电池充电，只需添加电力，这会将锂从阴极驱回阳极，然后它就可以再次执行所有操作.*
现在，将阳极和阴极材料的薄片紧紧卷起，并塞入圆柱体中。这就是一个锂离子电池。在这种结构中，各种各样的事情都可能出错，从导致外壳圆柱体爆裂的气体积聚，到在阳极和阴极之间形成实际的金属锂连接，然后引发工程师所称的“热失控”。它更通俗地被称为火灾，并且由于电池的其他组件，例如塑料隔膜和有机溶剂，也像汽油一样容易燃烧，从而加剧了火势。“从本质上讲，这是一场化学火灾，”张伯伦解释道。
将足够多的电池单元彼此相邻放置，一个单元中的缺陷很快就会变成所有单元的缺陷，即汽车大小的电池组规模的热失控。电池的这种故障会产生自身的热量，或者用化学家的话说，该反应是放热的——足以使一个单元的热量引燃另一个单元。这就是为什么管理电动汽车电池冷却和充电的软件与锂离子电池组本身同样重要。
而这正是特斯拉脱颖而出的地方。（特斯拉拒绝为本文提供评论人员，但将这位记者推荐给了美国国家消防协会和该公司的在线安全视频。）这家新兴汽车公司将每辆 Model S 中来自松下的 6,500 多个锂离子电池限制在 16 个独立的模块中——这些模块是独立但相同的，并构成了车辆的整体电池组。通过以这种方式分隔模块，一个模块中的故障不太可能蔓延到另一个模块。此外，特斯拉的电池组还使用基于乙二醇的化学混合物（外观呈蓝色）进行冷却，该混合物可以迅速带走任何多余的热量。特斯拉首席执行官埃隆·马斯克表示，每个模块之间还有一个“防火墙”，这表明某种耐热材料正在隔离这些模块。在 10 月 1 日发生在华盛顿的电池组被刺穿事件中，似乎只有一个模块起火。电池管理系统工作良好，以至于汽车的导航系统警告驾驶员靠边停车并远离车辆。他毫发无损地离开了事故现场。
这在涉及汽油的撞车事故中通常并非如此。
请记住，电动汽车无法像燃油汽车行驶那么远的部分原因是，即使是最好的锂离子电池每公斤也只能存储约 200 瓦时的能量。汽油每公斤可存储近 12,000 瓦时*。存储的能量越少，意味着释放能量的风险就越低。“我们已经在车辆中携带了真正高能量密度的材料，”张伯伦指出。“我们应该感到安心。”
或者，正如特斯拉的马斯克所说：“对于担心火灾风险的消费者来说，绝对毫无疑问，用电池为汽车供电比用一大罐高度易燃液体更安全。”
扑灭火焰
然而，一旦电池火灾开始燃烧，这种火灾可能比汽油火灾更难扑灭。在华盛顿，消防员在金属框架上切开孔洞，从而使更多的氧气进入正在燃烧的电池火灾中，这无济于事。最好的做法可能是什么都不做。
桑迪亚国家实验室电池滥用测试实验室的首席研究员克里斯·奥伦多夫说：“在我们受控的实验室环境中，我们更倾向于让锂离子电池火灾自行燃尽。”他的工作包括找出引爆任何给定电池所需的条件。这也是特斯拉在其紧急响应指南中为急救人员提供的指导：“电池火灾可能需要长达 24 小时才能完全扑灭。考虑让车辆燃烧，同时保护周围环境。”
如果采取更积极的行动，就像华盛顿州撞车事故中发生的那样，请注意不要在锂离子电池火灾上浇水太少。如果水量不足，火灾只会看起来熄灭了——然后又会重新爆发。并且，如果由于锂离子电池故障而形成了少量金属锂（锂离子电池尽管名称如此，但通常不含金属锂），则这种活性金属会因空气中的湿度等简单因素而起火。在尝试扑灭锂离子火灾时，要么需要大量的水，要么需要替代的灭火剂，如 CO2 或其他化学物质，如哈龙。美国国家消防协会指出，这是一个需要更多研究以确定最佳方法的领域。
更令人担忧的是，如果锂离子电池在事故中损坏后被置之不理，它可能会缓慢退化，直至数周后自燃。本质上，如果损坏，锂离子电池可能会从电池中的氟化化合物中产生氢氟酸（地球上最强的酸之一），然后进一步损坏电池本身，并可能使条件变得适合火灾。在雪佛兰 Volt 在安全测试后几周起火的案例中，就发生了类似的事情。
然后是有毒蒸气：前面提到的硫酸，以及可能因火灾释放出来的各种金属碎片，包括铝、钴、铜、锂和镍。任何靠近此类火灾的人，尤其是在封闭空间内，都应佩戴全套防护装备和自给式呼吸器，以防止外界空气进入系统。硫酸绝非儿戏（尽管它也用于某些铅酸电池的电解液中，这也是每年有 2,000 多人因使用铅酸电池（如传统汽车中的电池）而遭受化学灼伤的部分原因。）
目前，超过 10 万辆电动汽车在美国的道路上行驶。随着越来越多的电动汽车上路，无论是豪华的特斯拉 Model S 还是更便宜的替代品（如福特 Fusion Energi），这种新型火灾将变得更加普遍。这将反过来意味着 NHTSA 和其他监管机构将需要制定新的电动汽车安全测试，一个包括美国能源部在内的跨部门工作组目前正在努力完成这一过程。
特斯拉在华盛顿起火的原因之一是设计本身固有的。电池组构成了 Model S 的最底部。这种“滑板”设计使Model S 驾驶起来非常稳定。
但是滑板设计也使电池组暴露于道路的危险之中。一辆燃油汽车碾过一块金属可能会撕裂消声器和排气系统，或者可能刺穿燃油管路。在特斯拉 Model S 的案例中，它刺穿了电池并引发了火灾。NHTSA 将进行调查。“评估和了解电池单元或电池组对所有类型的滥用情况的反应非常重要，”桑迪亚的奥伦多夫认为，“这样才能进行适当的设计、化学或工程改进，以减轻这些风险。”
或者，正如卡尔森在给特斯拉客户服务的电子邮件中所写：“我一直在想这迟早会发生，只是没想到会发生在我身上。但现在它发生了，并且可能让人松了一口气，作为一个测试和风险问题——这个‘末日’事件现在已经过测试，设计和工程都奏效了。”换句话说，电池起火并不是阻止电动汽车发展的理由。
* 更正（2013 年 11 月 19 日）：这些句子已得到更正，以更准确地反映锂离子电池的化学性质和汽油的能量密度。