Spis treści
Ochrona przeciwpożarowa baterii staje się coraz ważniejszym tematem w miarę jak rynek pojazdów elektrycznych nieustannie rośnie. Wbrew popularnym opiniom, samochody elektryczne rzadziej ulegają zapłonowi niż pojazdy z silnikami spalinowymi, jednak każdy przypadek pożaru elektryka przyciąga znacznie więcej uwagi medialnej.
Raport firmy IDTechEx dotyczący materiałów ogniochronnych dla baterii EV przewiduje 15% skumulowany roczny wskaźnik wzrostu (CAGR) dla tego segmentu w latach 2025-2035. Wzrost ten jest napędzany nie tylko rosnącą liczbą pojazdów elektrycznych, ale też zróżnicowanymi wymaganiami dla różnych typów baterii.
Różnorodność chemiczna baterii EV
Obecnie rynek EV można podzielić głównie na dwa segmenty: baterie litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP) o niższej gęstości energii i niższym koszcie oraz baterie niklowo-manganowo-kobaltowe (NMC) o wyższej gęstości energii i wyższej cenie. Ta różnica w chemii ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa pożarowego.
W przyszłości możemy spodziewać się także upowszechnienia akumulatorów ze stałym elektrolitem (solid-state), gdzie płynny elektrolit zastępowany jest stałym, co potencjalnie zwiększa bezpieczeństwo i gęstość energii. Warto jednak pamiętać, że ta technologia obejmuje wiele różnych rozwiązań chemicznych, z których każde wymaga odrębnej oceny bezpieczeństwa.
Podatność na przegrzanie i ryzyko pożaru
Baterie LFP wykazują większą stabilność termiczną niż ogniwa NMC, co oznacza mniejsze ryzyko przegrzania. Podobna przewaga dotyczy baterii ze stałym elektrolitem, gdzie usunięcie ciekłego elektrolitu poprawia stabilność termiczną.
Jednak temperatura podczas awarii może się drastycznie różnić w zależności od chemii baterii. Badania sugerują, że wyższy udział niklu (a tym samym wyższa gęstość energii) w ogniwach NMC powoduje wyższe temperatury podczas tzw. ucieczki termicznej:
- Ogniwa NMC 811 mogą osiągać temperatury 800-900°C
- Baterie LFP zwykle nie przekraczają 600°C
Co ciekawe, wczesne badania pokazują, że przyszłe baterie ze stałym elektrolitem, choć teoretycznie bezpieczniejsze, w przypadku wewnętrznego zwarcia mogą osiągać temperatury nawet powyżej 1500°C ze względu na ich wyższą gęstość energii.
Problem gazów wydzielanych podczas awarii
Podczas ucieczki termicznej baterie wydzielają różne gazy, często łatwopalne lub toksyczne. Objętość wydzielanych gazów jest związana z gęstością energii – ogniwa NMC z wysoką zawartością niklu uwalniają więcej gazów niż baterie LFP.
Skład tych gazów również się różni:
- Wodór stanowi znacznie większy odsetek gazów uwalnianych z LFP
- Dwutlenek węgla i tlenek węgla stanowią większy odsetek gazów z ogniw NMC
Różnorodność formatów baterii wpływa na dobór materiałów ochronnych
W 2024 roku około 60% nowych samochodów elektrycznych wykorzystuje pryzmatyczne ogniwa baterii, 17% używa ogniw pouch, a reszta stosuje ogniwa cylindryczne. Każdy z tych formatów wymaga innych materiałów ochronnych:
- Systemy cylindryczne często wykorzystują pianki kapsułkujące
- Systemy pryzmatyczne zazwyczaj stosują materiały w formie arkuszy, jak mika
Najnowszym trendem jest projektowanie baterii typu cell-to-pack, eliminujące obudowy modułów, co poprawia gęstość energii, ale stwarza nowe wyzwania dla zapobiegania propagacji ucieczki termicznej.
Materiały ochronne dostosowane do potrzeb
Baza danych IDTechEx obejmuje ponad 150 materiałów od 72 dostawców. Do najpopularniejszych należą:
- Koce ceramiczne – stosowane nad ogniwami i pod pokrywą, opóźniające rozprzestrzenianie się ognia poza pakiet
- Arkusze miki – popularne dzięki doskonałym właściwościom dielektrycznym przy małej grubości
- Aerożele – zyskują popularność w Chinach i na całym świecie, stosowane przez GM, Toyotę i Audi
- Pianki kapsułkujące – szeroko stosowane w bateriach z ogniwami cylindrycznymi, np. przez Teslę
- Podkładki kompresyjne – powszechne w ogniwach typu pouch
Rozwój regulacji bezpieczeństwa
Chiny jako pierwsze wprowadziły przepisy dotyczące ucieczki termicznej, wymagające m.in. aby ogień lub dym nie wydostawały się z akumulatora przez 5 minut po wystąpieniu zdarzenia.
Przepisy na całym świecie ewoluują, ale nie nadążają za tempem rozwoju technologii. Regulacja UN ECE jest nadal weryfikowana, ale prawdopodobnie będzie wymagać wykrywania ucieczki termicznej i zapewnienia „czasu ucieczki” dla pasażerów pojazdu. Pięciominutowy czas ewakuacji może okazać się niewystarczający w przyszłych przepisach.
Dlatego producenci OEM już dziś zaczynają celować w dłuższe czasy ewakuacji, wyprzedzając przyszłe regulacje i poprawiając ogólne bezpieczeństwo. W przyszłości prawdopodobnie uwzględnione zostaną także kwestie zarządzania gazami, wpływu zalania czy chłodziw o niskiej przewodności.
Mimo bardzo rzadkich przypadków pożarów w pojazdach elektrycznych, konieczne jest przygotowanie na skrajne scenariusze. Żaden akumulator nie jest w 100% bezpieczny, dlatego środki ochrony przed tymi rzadkimi przypadkami są niezbędne.
Perspektywy rynkowe i ochrona przeciwpożarowa baterii
Rynek materiałów przeciwpożarowych staje się coraz bardziej zatłoczony, z szerokim wachlarzem materiałów i dostawców. Różnorodność projektów baterii i rozwiązań materiałowych stwarza duże możliwości dla wielu rynków i dostawców.
IDTechEx przewiduje, że rynek ten będzie rósł w tempie 15% CAGR w latach 2024-2035, napędzany zarówno zaostrzającymi się regulacjami, jak i rosnącą produkcją pojazdów elektrycznych.
Co myślisz o rozwoju technologii baterii i związanych z nimi systemach bezpieczeństwa? Podziel się swoją opinią w komentarzach!
Dołącz do dyskusji