2025
Опасни ли са натриево-йонните батерии, считани за евтино решение за съхранение на енергия при бъдещите електромобили? Краш тест разкрива сериозен риск от пожар при този тип технология
Натриево-йонните батерии са спрягани за стожер на достъпната електрическата мобилност на утрешния ден – тъй като тяхната конструкция не изисква употребата на скъпия литий. Въпреки че не постигат енергийната плътност и скоростта на зареждане на литиево-йонните батерии, първите модели електромобили с натриеви батерии постигат много добри показатели.
Според познатата до момента информация те имат по-дълъг живот от литиевите батерии. И досега тези батерии от следващо поколение, чието производство изисква евтина готварска сол (натриев хлорид) като суровина, дори се смятаха за по-безопасни. Но сега Федералният институт за материалoзнание (BAM) тества устойчивостта на този тип батерии при инциденти. Според изводите от краш теста натриево-йонните батерии се оказват значително по-опасни от конвенционалните.
Метален щифт се набива в клетката
При теста метален щифт се забива в една от клетките на батерията, за да се предизвика повреда. Това изпитание, познато като т.нар. „тест за набиване на пирон“, е международно признат метод за оценка на здравината на батерията. В зависимост от конструкцията на батерията, ударът може да доведе до прекомерно нагряване и изпускане на топлина (на англ. „Thermal Runaway“) – и до неконтролирано и изключително бързо възпламеняване.
Точно това става и при натриево-йонната батерия: процесът на нагряване е „почти експлозивен“, обобщава BAM. Две литиево-йонни клетки с познатите конструкции никел-манган-кобалт (NMC) и литиево-железен фосфат (LFP) са подложени на същия тест. При NMC самата конструкция се оказва доста „нежна“, но механизмите за безопасност сработват оптимално, докато LFP-батерията се „представя като изключително стабилна“.
Причината за проблемите – вентилационната система
Според BAM причината за т.нар. Thermal Runaway в повредената натриева клетка не е самата химия на клетката, а отказ на вентилационната система на клетката. Тази система е проектирана, за да контролира изпускането на свръхналягането, причинено от интензивното нагряване. Поради изненадващо бързото вдигане на налягането обаче вентилационните отвори се запушват, което в крайна сметка предизвиква мощна реакция.
„Нашите опити разкриват, че едни и същи механизми за безопасност не стават за всички технологии на батериите“, казва Нилс Бьотхер, ръководител на центъра за изпитване на батерии на BAM. Ето защо натриевите батерии все още не бива да се отписват, но технологията им трябва да бъде изследвана допълнително, за да се разработят адекватни защитни мерки в случай на повреда.
В бъдеще BAM ще разработи стандарти и норми по отношение на безопасността на натриево-йонните батерии. Тестът е проведен в ускорителя на елементарни частици на European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) в Гренобъл, Франция. Специално за изпитанията Институтът за високоскоростна динамика Фраунхофер (EMI) е проектирал специална тестова камера, позволяваща процесът да бъде документиран с върхова прецизност посредством високоскоростно рентгеново изображение.
