Le auto elettriche agli ioni di litio sono sicure?

I laptop dotati di batterie agli ioni di litio occasionalmente si surriscaldano e prendono fuoco. Ciò ha preoccupato alcune persone per l'uso di questo tipo di batteria nelle nuove auto sportive elettriche e nei kit per convertire le auto convenzionali e i veicoli ibridi in auto completamente elettriche.

È un momento entusiasmante per i veicoli elettrici, con annunci regolari di aumento della capacità di stoccaggio per i materiali delle batterie (vedi Battery Breakthrough) e veicoli esotici e costosi che dovrebbero arrivare sul mercato, come l'auto sportiva recentemente annunciata da Motori Tesla di San Carlos, CA. Ma i veicoli elettrici hanno fallito in passato. Se avranno successo questa volta, dovranno conquistare il consumatore generale e ciò significherà, tra le altre cose, dimostrare che i potenti pacchi batteria sono sicuri.

Le batterie agli ioni di litio sono state a lungo preferite per alimentare laptop e telefoni cellulari perché sono piccole e leggere. Ma imballare così tanta energia in un piccolo spazio è anche pericoloso. È noto che le batterie hanno preso fuoco, a volte violentemente; e poiché sia ​​il carburante che l'ossidante sono raggruppati nella batteria, non possono essere soffocati come incendi comuni, afferma Dan Doughty, che gestisce i test delle batterie agli ioni di litio presso i Sandia National Laboratories di Albuquerque, nel Nuovo Messico.

Le principali sfide per la sicurezza sono prevenire il sovraccarico, il surriscaldamento e i danni in caso di incidente. In ogni caso, le reazioni chimiche possono andare fuori controllo, causando una fuga termica, che può generare temperature abbastanza elevate da fondere l'alluminio e far esplodere le batterie, dice.

Secondo la Commissione per la sicurezza dei prodotti dei consumatori degli Stati Uniti, dal 2003 al 2005 si sono verificati più di 300 incidenti che hanno coinvolto il surriscaldamento o l'incendio di batterie agli ioni di litio di laptop e telefoni cellulari. Molti degli incidenti hanno coinvolto lesioni personali.

Questo potenziale problema con le batterie agli ioni di litio è moltiplicato per migliaia nei veicoli. Nel caso dell'auto di Tesla Motors, ad esempio, quasi 7.000 batterie sono imballate dietro l'abitacolo per alimentare l'auto (fino a un impressionante 60 mph in circa quattro secondi).

Ma l'azienda ha fatto molto per mantenere sicuro il suo sistema alimentato a batteria, molto più di quanto non venga fatto nei laptop, afferma il CEO Martin Eberhard.

Per tenere sotto controllo le temperature, gli ingegneri di Tesla hanno sviluppato un sistema di raffreddamento a liquido a controllo elettronico. Hanno anche incluso una protezione da sovraccarico, tre strati di fusibili e sensori che attiveranno la disconnessione delle batterie in caso di alte temperature, impatto improvviso o ribaltamento. In effetti, la decisione di utilizzare molte batterie piccole piuttosto che poche molto grandi è stata in parte una considerazione di sicurezza: ogni batteria e la sua quantità relativamente piccola di energia immagazzinata rispetto all'intero sistema è isolata e protetta all'interno della propria custodia in acciaio. E l'intero sistema è anche racchiuso per la protezione in caso di incidente.

Mark Verbrugge, un esperto di batterie presso il centro di ricerca e sviluppo di GM a Warren, MI, afferma che tali misure di sicurezza dovrebbero essere sufficienti per mantenere le batterie al sicuro. Eppure un fattore rimane al di fuori del controllo diretto delle case automobilistiche. L'unica cosa che preoccupa davvero gli OEM è che non è possibile controllare la produzione di scarsa qualità in relazione alla sicurezza, afferma. Ad esempio, dice Verbrugge, se due elettrodi si toccano perché è fabbricato male, hai un problema.

Un tale cortocircuito interno può avviare una reazione chimica incontrollata, afferma Doughty di Sandia, aggiungendo che se c'è un difetto nella produzione e ha un cortocircuito interno, non c'è niente che tu possa fare esternamente per interrompere quella reazione. Tali problemi sono rari, si verificano in una delle dieci milioni di celle in laptop e altri dispositivi elettronici, afferma Doughty. Ma, dice, se ci sono 7.000 celle e c'è un guasto su dieci milioni, fai i conti in termini di quanti veicoli avranno un problema con le celle.

Anche se una batteria difettosa entra in un veicolo, tuttavia, potrebbe non essere un grosso problema. L'abbiamo progettato in modo tale che se raggiungi il nostro pacco batteria e incendi deliberatamente una delle batterie, non si propaghi alle celle vicine, afferma Eberhard. Dà due ragioni: ogni batteria viene fornita in una custodia d'acciaio e un sistema di raffreddamento a liquido può portare via il calore in eccesso.

Eppure Doughty dice che durante i test ha visto esplosioni violente del tipo che potrebbe potenzialmente rompere una cassa d'acciaio. Se anche il raffreddamento a liquido non funziona, una singola batteria potrebbe causare il surriscaldamento delle batterie vicine, innescando una cascata di piccole esplosioni. Doughty afferma che le aziende di auto elettriche potrebbero essere in grado di progettare sistemi che siano accettabilmente sicuri, ma osserva che, sebbene gli ingegneri abbiano sempre più livelli di sicurezza, gli incidenti peggiori si verificano quando, a causa di un evento molto raro, due o più di questi livelli multipli sono compromessi.

Anche se un incidente del genere è raro, potrebbe comunque esserci un contraccolpo contro i veicoli elettrici. In particolare, Doughty è preoccupato per i kit di conversione per trasformare veicoli convenzionali o ibridi in auto elettriche a base di ioni di litio (vedi Gli ibridi plug-in sono in arrivo). La cosa di cui mi preoccupo è che uno di questi giorni ci sarà un veicolo alimentato agli ioni di litio che avrà un incidente piuttosto spettacolare - e poi cosa dirà la gente?

Gli esperti hanno due raccomandazioni chiave per andare avanti e produrre veicoli elettrici ancora più sicuri. In primo luogo, le case automobilistiche devono avere un processo di screening molto rigoroso per i loro produttori di batterie, afferma Verbrugge. E, a lungo termine, afferma Doughty, sarà importante sostenere la ricerca su nuove sostanze chimiche per batterie agli ioni di litio ad alta energia che non siano soggette a surriscaldamento.

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