控制充电:锂离子汽车电池接受碰撞测试

随着电动汽车市场的扩张,桑迪亚国家实验室的电池滥用测试设备得到了充分利用

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即将推出的雪佛兰Volt和日产Leaf都依赖锂离子电池组,电动汽车领域的其他竞争者也是如此。然而,或许是考虑到早期笔记本电脑锂离子电池组引发的一些广为人知的火灾,消费者是否确信他们的汽车电池即使在发生事故时也能保持安全?

大部分保证都属于桑迪亚国家实验室电池滥用测试实验室的职权范围,该实验室已成为美国事实上的汽车电池测试机构。该实验室对电池进行加热、冲击、穿刺和挤压,以了解它们在碰撞和极端运行条件下的安全性。

当锂离子电池首次进入笔记本电脑市场时,“活性材料非常活跃。出现了一些重大的现场故障,”电池实验室的团队负责人克里斯·奥伦多夫指出。通常的原因是热失控,这是一种化学反应,可能由过度过热引发,然后可能导致电池着火或爆炸。虽然即使是极端的驾驶条件也不太可能引发这些问题,但碰撞可能会,突然过充也可能——例如,如果汽车在充电时被闪电击中充电端口。


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化学成分的微小调整会对电池组抵抗过热或爆炸的性能产生重大影响。奥伦多夫说,“就性能和安全性而言,仍有六种不同的化学成分被认为是可行的”。例如,桑迪亚正在看到更多采用磷酸铁锂正极的设计,因为它们保持凉爽,并且随着时间的推移几乎不会退化。此外,即使在炎热的驾驶条件下,用钛酸锂负极制成的电池似乎也不太容易过热。含有不同锂盐的电解质也仍在测试其最佳稳定性。

制造商还在测试各种机械安全功能,类似于为防止笔记本电脑锂电池热失控而开发的措施。其中包括排放错误反应期间积聚的气体的排气孔,以及像断路器一样跳闸以禁用过度活跃电池的电流中断装置。

经过多年的实验,用于节能汽车的先进电池的制造和测试进展加快了,部分原因是2009年美国复苏与再投资法案拨款数百万美元的研究经费。桑迪亚最近获得了420万美元的刺激资金用于升级,这将使其能够测试更多电池并更快地完成测试。

当然,桑迪亚和制造商都希望防止所有可能的危险。但是,奥伦多夫断言,消费者忘记了没有汽车是完全无风险的。锂离子电池可能比标准铅酸电池更有可能着火,“但可燃性的可能性远小于燃烧车辆携带15加仑汽油的情况。”

马克·费舍蒂 担任大众科学高级编辑已有17年,报道可持续发展问题,包括气候、天气、环境、能源、食物、水、生物多样性、人口等等。他安排和编辑记者和科学家的专题文章、评论和新闻,也以这些形式撰写文章。他编辑“历史”栏目,该杂志的部门回顾各个时期的科学进步。他是两本衍生杂志的创始执行编辑:大众科学 Mind大众科学 Earth 3.0。他2001年为该杂志撰写的自由撰稿文章“淹没新奥尔良”预测了像卡特里娜飓风这样的风暴将给该市带来的广泛灾难。他的视频 你死后身体会发生什么? 在 YouTube 上的观看次数超过 1200 万次。费舍蒂曾为《纽约时报》、《体育画报》、《史密森尼》、《技术评论》、《快公司》和许多其他媒体撰写自由撰稿文章。他与万维网的发明者蒂姆·伯纳斯-李合著了《编织网络》一书,讲述了万维网创建的真实故事。他还与微生物学家埃莉诺·列维合著了《新杀手疾病》。费舍蒂曾任 IEEE Spectrum MagazineFamily Business Magazine 的执行编辑。他拥有物理学学位,并两次担任路易斯安那州百年学院的阿塔维公民文化研究员,该学院授予他荣誉博士学位。2021年,他荣获美国地球物理联合会的罗伯特·C·科恩科学新闻持续成就奖,以表彰其在地球和空间科学领域的杰出报道职业生涯。他曾出现在 NBC 的《与媒体见面》、CNN、历史频道、NPR 新闻和许多新闻广播电台中。在 X(前身为 Twitter)上关注费舍蒂 @markfischetti

更多作者:马克·费舍蒂
大众科学 杂志 第 303 卷 第 2 期本文最初以“控制充电:锂离子汽车电池接受碰撞测试”为标题发表于大众科学 Magazine 第 303 卷 第 2 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican082010-2iCWX61Wzb2OHcEXeTlBL1
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