Οι κατατάξεις ασφάλειας των μπαταριών δεν είναι καθολικές, αλλά εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τα σενάρια εφαρμογής - Τι απαιτεί η παγκόσμια μετάβαση σε βιώσιμα ενεργειακά συστήματα
Νέα έρευνα διαπιστώνει ότι οι κατατάξεις ασφάλειας των μπαταριών δεν είναι καθολικές, αλλά εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τα σενάρια εφαρμογής, και δείχνει ότι οι μπαταρίες LFP μπορούν να εκπέμπουν υψηλά επίπεδα υδροφθορίου, αμφισβητώντας τη φήμη τους ως η «ασφαλέστερη» χημεία.
Η παγκόσμια μετάβαση σε βιώσιμα ενεργειακά συστήματα απαιτεί τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας μπαταριών που παρέχουν τόσο υψηλή απόδοση όσο και ισχυρή ασφάλεια. Ενώ οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (LIB) κυριαρχούν επί του παρόντος στην ανάπτυξη, οι περιορισμοί ασφαλείας τους - ιδιαίτερα η θερμική διαφυγή που προκαλείται από εύφλεκτους υγρούς ηλεκτρολύτες - παραμένουν ανησυχητικοί.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Newcastle στο Ηνωμένο Βασίλειο, σε συνεργασία με την Ακαδημία Πυροσβεστικής στην Πολωνία, διεξήγαγαν μια ολοκληρωμένη σύγκριση 3 βασικών τεχνολογιών: συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου, αναδυόμενες μπαταρίες ιόντων νατρίου (SIB) και μπαταρίες στερεάς κατάστασης (SSB).
Υποστηρίζουν ότι αν και η αντίσταση στη θερμική διαφυγή είναι σημαντική, οι ουσιαστικές συγκρίσεις διασταυρούμενης χημείας απαιτούν ένα ολιστικό, πολυπαραμετρικό πλαίσιο ασφάλειας προσαρμοσμένο σε διαφορετικά σενάρια ανάπτυξης.
Τομείς αξιολόγησης της μελέτης
Η μελέτη τους αξιολογεί την αντίσταση στην έναρξη, την ανοχή στην κακοποίηση, τη σοβαρότητα της αστοχίας (συμπεριλαμβανομένης της μέγιστης θερμοκρασίας, της απελευθέρωσης θερμότητας και του ρυθμού θέρμανσης), τους κινδύνους αερίων (όγκος, ευφλεκτότητα, τοξικότητα), τον κίνδυνο διάδοσης και τους περιορισμούς που αφορούν συγκεκριμένες εφαρμογές, όπως η διαφορά μεταξύ συστημάτων περιορισμένης θαλάσσιας μεταφοράς και συστημάτων αποθήκευσης δικτύου εξοπλισμένων με ενεργητική καταστολή πυρκαγιάς.
Η ομάδα καθόρισε μια λεπτομερή γραμμή βάσης ασφαλείας για τα LIB, εξετάζοντας τους μηχανισμούς αστοχίας υπό θερμική, ηλεκτρική και μηχανική κακοποίηση.
Αυτό περιελάμβανε την ανάλυση της εξέλιξης της θερμικής διαφυγής, των προφίλ έκλυσης αερίου και της δυναμικής διάδοσης από κύτταρο σε κύτταρο.
Σημειώνουν ότι η χημεία της καθόδου καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τη σοβαρότητα των θερμικών συμβάντων, διέποντας την ενεργειακή πυκνότητα και το οξειδωτικό δυναμικό.
Κίνδυνοι από νικέλιο και LFP
Η θερμική σταθερότητα μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε νικέλιο: Το NMC-811 αρχίζει να αποσυντίθεται περίπου στους 215 °C, σε σύγκριση με περίπου 275 °C για το NMC-111.
Αντιθέτως, το φωσφορικό λίθιο σιδήρου (LFP) διαθέτει μια στιβαρή δομή ολιβίνης που αντιστέκεται στην απελευθέρωση οξυγόνου ακόμη και πάνω από 300 °C, καθιστώντας το λιγότερο επιρρεπές σε βίαιη διαφυγή.
Ωστόσο, προσφέρει χαμηλότερη τάση και ενεργειακή πυκνότητα.
Οι ερευνητές προειδοποιούν ότι και οι δύο χημικές ουσίες παρουσιάζουν ξεχωριστούς κινδύνους, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής εύφλεκτων ή εκρηκτικών αερίων υπό ακραίες συνθήκες, πράγμα που σημαίνει ότι το LFP δεν μπορεί απλώς να περιγραφεί ως «ασφαλέστερο» από το NMC.
Τα υπέρ των μπαταριών νατρίου
Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου παρουσιάζουν αξιοσημείωτα πλεονεκτήματα ασφάλειας, όπως υψηλότερες θερμοκρασίες έναρξης θερμικής διαφυγής (220–260 °C έναντι 170–220 °C για LIB με βάση το NMC), χαμηλότερους ρυθμούς απελευθέρωσης θερμότητας, μειωμένη περιεκτικότητα σε υδρογόνο στα απαέρια (περίπου 30% σε σύγκριση με 42% για το LFP) και την ικανότητα μεταφοράς σε μηδενικά βολτ, γεγονός που μειώνει σημαντικά τους κινδύνους εφοδιαστικής.
Μπαταρίες στερεάς κατάστασης
Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης, ιδίως οι παραλλαγές με βάση το οξείδιο, αντιπροσωπεύουν μια πιο θεμελιώδη μετατόπιση εξαλείφοντας τους εύφλεκτους υγρούς ηλεκτρολύτες.
Αυτά τα συστήματα επιδεικνύουν εξαιρετική θερμική σταθερότητα (T2 πάνω από 600 °C), ελάχιστη έκλυση αερίου (λιγότερο από 0,5 L/Ah) και σημαντικά βραδύτερους ρυθμούς διάδοσης σε σύγκριση με τα στοιχεία NMC υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο (0,3–0,9 °C/min έναντι 9–11 °C/min για τα NMC υψηλής περιεκτικότητας σε Ni).
Συμπέρασμα
Στην εργασία τους, Συγκριτική Ανάλυση Ασφάλειας των Τεχνολογιών Μπαταριών Τρέχουσας και Επόμενης Γενιάς, που δημοσιεύτηκε στο Journal of Power Sources, οι συντάκτες καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι «το ταξίδι προς την ασφαλέστερη αποθήκευση ενέργειας είναι μια συνεχής εξέλιξη, όχι ένας μόνο προορισμός».
Τελικά, υποστηρίζουν, ένα μέλλον που τροφοδοτείται από μπαταρίες θα βασίζεται σε ποικίλες τεχνολογίες.
www.worldenergynews.gr
