電池技術阻礙了電動車的發展？

2013年10月1日，Rob Carlson駕駛著他的特斯拉Model S行駛在西雅圖南部的167號公路上，他不慎壓到了一片不知哪來的金屬殘骸，然而就是這片金屬莫名其妙地刺穿了特斯拉超過6毫米厚的底盤護板，直插電池組。沒用上30分鐘汽車就被火焰包圍了。這次事故對公眾產生了不小的轟動。

幸運的是特斯拉Model S安裝了一種預警系統，事故一發生，汽車就提示駕駛員停車離開，這就避免了很多不必要的損失。不過這也沒什么可大加贊揚的，對于一輛賣到了70萬元的高科技轎車，有也是情理之中。

幾周后，墨西哥梅里達的一名司機駕駛的特斯拉Model S在高速狀態下失控了，撞穿一堵水泥墻后又撞倒了一棵樹才停下，車上的司機和乘客并沒有嚴重受傷，但汽車隨后起火了。同年11月6日，又有一起特斯拉起火事故發生，起因是路面上的異物——這次是一個脫落的拖車鉤——同樣，拖車鉤插入了電池組引起了火災。

電池起火的問題不僅僅發生在特斯拉Model S上。曾經有報道稱有16輛Fisker Karma電動跑車在超級臺風桑迪中被水泡過后自燃了，過去幾年間，類似的電動車事故約有20起，不過相比之下，目前占主導地位的汽油車中平均每4分鐘就有一輛起火。

盡管起火比例如此懸殊，電動車起火往往更加迅速、猛烈。同樣的問題不僅發生在電動車上，諸如波音787夢想客機、索尼電子產品等也有這種問題，這是電池的通病。把如此多化學能量儲存在很小的一塊電池里，如果發生意外，起火甚至爆炸是自然而然的結果。那么，我們該如何應對這種由于電池技術引起的新式火災？

電池起火

如今鋰離子電池大行其道，從手機到電動汽車，無數的鋰離子電池正在改變我們的生活，不過目前像這樣的事故還算少數。

我們先來了解一下鋰電池的工作過程：一層塑料膜把浸泡在電解液里的正負兩個電極分隔開來，這種電解液是一種含有鋰離子的碳酸鹽溶液，鋰離子在液體里穿梭，把電子從負極帶到正極。在負極，鋰離子被吸收，釋放電子產生電流，電離成不帶電的鋰。充電的時候，外部就能驅動鋰從負極回到正極，準備再次放電。

把正極和負極材料緊緊地卷在一起，塞進一個圓筒里，一塊鋰電池就做好了。在這種結構中很多地方都可能出問題，例如從電池緩慢釋放的氣體脹破外表面，到兩極之間生成了金屬形態的鋰，發生“熱失控”。在電池中，塑料絕緣隔板和有機溶液等都很易燃，就像汽油一樣，這些都增加了起火的風險。

大量電池連在一起，一塊電池發生的問題很快會成為所有電池的問題，在汽車電池這么大規模的電池組上，熱失控等問題很容易發生。電池發生故障會使電池本身的溫度升高，用化學術語來講，電池內部的反應是放熱的，而熱量是會互相傳遞的，這也就是為什么管理汽車電池組冷卻和充電的軟件和電池組本身同樣重要。

說到冷卻控制，這就是特斯拉出眾的地方。特斯拉把超過6500塊松下電池分成16個獨立的模塊——結構相同但相互獨立，構成整個汽車電池組。通過這樣的分離，某一個模塊發生的問題不容易擴散到其他的模塊。另外，特斯拉的電池組由一種藍色的，基于乙二醇的化合物冷卻，這種化合物冷卻效果十分出眾。同時，模塊之間也有用某種絕熱材料制成的“防火墻”。在西雅圖的事故中，被刺穿的電池組中只有一個模塊起火了，同時警報系統立即提示司機離開車輛，不得不說這些都是司機毫發無損的原因。如果換做目前的汽油車，結果恐怕會不同。

目前電動車的續航能力不及汽油車，這很大程度上要歸咎于電池，即便最先進的鋰離子電池，平均每千克也只能攜帶約200瓦時的能量，而每千克汽油能攜帶接近12000瓦時的能量。從某種程度上來說，儲存的能量更少，意味著危險就越小，就像特斯拉的CEO馬斯克也認為，對于關心安全問題而言，電動車比攜帶一大箱易燃液體的汽油車要安全得多。

鋰電池的滅火

相比于汽油，鋰電池一旦起火，會更難撲滅。在西雅圖的那起事故中，消防員為了滅火切開汽車外殼，卻反而讓更多的氧氣接觸火源，導致火勢更大，在這種情況下，最科學的做法可能就是什么都不做，讓它安靜地燒完。

桑迪亞國家實驗室的研究表明，在很多情況下，讓電池自己燃燒殆盡可能是更好的選擇。特斯拉的應急指南上也是這么說的：電池起火24小時內會自然熄滅，如果周圍空曠安全，可以考慮讓火自然熄滅。

如果條件不允許，需要采取措施盡快滅火，而且水量一定要大。如果用的水太少，電池起初可能看起來熄滅了，但不久又會重新燃燒。而且如果電池里已經形成了金屬形態的鋰（盡管名叫鋰電池，但通常電池中并沒有金屬形態的鋰，鋰非常活潑，甚至會因為空氣濕度大而自動燃燒），大量水和阻燃的物質（比如二氧化碳或鹵代烷）都是必要的。而且目前，熄滅著火的鋰電池的最科學途徑還需要進一步研究。

更令人擔心的是如果放任在事故中受損的鋰電池不管，鋰電池內部可能會緩慢的發生反應，也可能在幾周后自燃。如果受損的鋰電池中的氟化物發生反應產生了氫氟酸（世界上最強的酸之一），氫氟酸會進一步腐蝕電池，最終引起火災。

而且鋰電池起火可能釋放出有毒的煙霧，其中含有硫酸，還有少量金屬粉塵，包括鋁、鈷、銅、鋰、鎳等。任何人在這樣的環境中，尤其是在密閉空間中，都需要全副武裝，不能讓任何這種煙霧進入體內。

這種新式火災會隨著電動車的普及而變得越來越多，這意味著世界需要新的，更科學、嚴格的電動車安全測試標準。

特斯拉的電池組在車輛最底部，這種設計使特斯拉開起來非常穩，但同時這也是西雅圖發生的事故的原因之一。異物撞擊汽油車可能會損傷底盤和排氣系統，或是刺穿油路，但發生在特斯拉Model S身上，會刺穿電池引起火災。

我們急需合理的設計、合適的電池原料、工程上的改進等去避免這種事故的發生。這些火災不是讓我們扼殺電動汽車的發展，而是讓我們看到了電動汽車設計的一個難點。攻破了這個難點，那么電動汽車遲早也會像汽油車一樣，走進千家萬戶。

發表于 2016-03-04 00:00
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