Уроки и ограничения лития

До того, как модель Т Форда сделала автомобили с бензиновым двигателем повсеместными в нашем обществе, взыскательные потребители предпочитали электромобили из-за отсутствия вредных выбросов. Теперь возвращение электромобилей не только неизбежно, но и практически необходимо. В свете ужесточения правил по выбросам парниковых газов и запрета ряда штатов на будущую продажу автомобилей, работающих на бензине, продажи электромобилей за последние несколько лет быстро выросли, и данные показывают, что те, кто переходит на этот вариант, не оглядываются назад.

Чтобы удовлетворить растущий спрос на электромобили, аккумуляторы, питающие эти автомобили, должны быть безопасными, доступными и легкодоступными. Литий-ионные (Ii-ion) батареи до сих пор были основным источником экологически чистой энергии благодаря своей плотности энергии, но они не являются идеальным решением. Поставки сырья для этих батарей контролируются горсткой стран, склонных к геополитической нестабильности, в то время как спрос вырос в целом ряде приложений, от бытовой электроники до электросетей.

Литий-ионные аккумуляторы также сопряжены с проблемами возгорания, роста цен из-за нестабильности цепочки поставок и экологических последствий, связанных с их производством. Миру нужна энергоемкая и высокопроизводительная батарея, чтобы продолжать сокращать антропогенные выбросы углекислого газа во всех секторах, но опора на литий-ионные технологии как средство достижения этой цели может ограничить наш потенциал перемен.

По мере того, как литий-ионные аккумуляторы становятся все более распространенными в качестве источника питания, растут и сообщения об их рисках для безопасности, а именно, о возгораниях аккумуляторов, вызванных температурным выходом из-под контроля. В новостях появляются сообщения о перегреве аккумуляторов электронных скутеров и возгорании многоквартирных домов и многоквартирных домов, в результате чего погибают жители внутри. Только в Нью-Йорке в прошлом году произошло 216 возгораний аккумуляторов и как минимум 24 случая в январе и феврале этого года.

Кратко о том, почему возгорание литий-ионных аккумуляторов настолько смертоносно: прежде чем аккумуляторная батарея, находящаяся в зоне термического разгона, действительно загорается, она выделяет легковоспламеняющиеся газы, такие как фторид водорода и угарный газ. Эти токсичные пары могут просачиваться через здание за несколько часов до момента возгорания. Они часто вызывают взрыв при возгорании, и последующему огню требуется всего лишь миллисекунды, чтобы охватить здание.

По данным Федерального агентства по чрезвычайным ситуациям Министерства внутренней безопасности США, с 2014 по 2018 год количество установок систем накопления энергии в жилых домах (BESS) увеличивалось на 200% ежегодно. Поскольку литий-ионные батареи становятся все более распространенными в домохозяйствах, работающих на солнечной энергии, возрастает риск жертв в результате неконтролируемого пожара. Пожарные в Соединенных Штатах уже рассматривают возгорания литий-ионных батарей как серьезную и растущую проблему — если такие инциденты будут продолжаться, у потребителей не будет стимула инвестировать в бытовые аккумуляторные хранилища, поскольку они воспринимают риски как слишком большие.

Для электросетей последствия неисправности литий-ионных аккумуляторов выходят за рамки проблем безопасности. Литий-ионные батареи все чаще используются в системах возобновляемой энергетики, включая солнечную и ветровую энергию, для хранения энергии, вырабатываемой в периоды высокого уровня выработки, и подачи ее, когда выработка мала или отсутствует. Пожары аккумуляторов на электростанциях по всему миру привели к значительным финансовым потерям и ущербу инфраструктуре, что в конечном итоге затруднило переход на возобновляемые источники энергии. Недавний пожар в Калифорнии привел к частичному перекрытию шоссе 1 и запрету на укрытие на территории в семи квадратных милях к северу от горящего контейнера для хранения.

Электромобили являются одним из наиболее многообещающих применений литий-ионной технологии для сокращения антропогенных выбросов углекислого газа, но известно, что батареи в электромобилях загораются без предупреждения. А поскольку несколько элементов могут находиться на разных стадиях термического выхода из-под контроля, литий-ионные аккумуляторы могут снова загореться через несколько часов или дней после того, как первое пламя погасло и опасность, по-видимому, миновала.