电池技术阻碍了电动车的发展？

2013年10月1日，Rob Carlson驾驶着他的特斯拉Model S行驶在西雅图南部的167号公路上，他不慎压到了一片不知哪来的金属残骸，然而就是这片金属莫名其妙地刺穿了特斯拉超过6毫米厚的底盘护板，直插电池组。没用上30分钟汽车就被火焰包围了。这次事故对公众产生了不小的轰动。

幸运的是特斯拉Model S安装了一种预警系统，事故一发生，汽车就提示驾驶员停车离开，这就避免了很多不必要的损失。不过这也没什么可大加赞扬的，对于一辆卖到了70万元的高科技轿车，有也是情理之中。

几周后，墨西哥梅里达的一名司机驾驶的特斯拉Model S在高速状态下失控了，撞穿一堵水泥墙后又撞倒了一棵树才停下，车上的司机和乘客并没有严重受伤，但汽车随后起火了。同年11月6日，又有一起特斯拉起火事故发生，起因是路面上的异物——这次是一个脱落的拖车钩——同样，拖车钩插入了电池组引起了火灾。

电池起火的问题不仅仅发生在特斯拉Model S上。曾经有报道称有16辆Fisker Karma电动跑车在超级台风桑迪中被水泡过后自燃了，过去几年间，类似的电动车事故约有20起，不过相比之下，目前占主导地位的汽油车中平均每4分钟就有一辆起火。

尽管起火比例如此悬殊，电动车起火往往更加迅速、猛烈。同样的问题不仅发生在电动车上，诸如波音787梦想客机、索尼电子产品等也有这种问题，这是电池的通病。把如此多化学能量储存在很小的一块电池里，如果发生意外，起火甚至爆炸是自然而然的结果。那么，我们该如何应对这种由于电池技术引起的新式火灾？

电池起火

如今锂离子电池大行其道，从手机到电动汽车，无数的锂离子电池正在改变我们的生活，不过目前像这样的事故还算少数。

我们先来了解一下锂电池的工作过程：一层塑料膜把浸泡在电解液里的正负两个电极分隔开来，这种电解液是一种含有锂离子的碳酸盐溶液，锂离子在液体里穿梭，把电子从负极带到正极。在负极，锂离子被吸收，释放电子产生电流，电离成不带电的锂。充电的时候，外部就能驱动锂从负极回到正极，准备再次放电。

把正极和负极材料紧紧地卷在一起，塞进一个圆筒里，一块锂电池就做好了。在这种结构中很多地方都可能出问题，例如从电池缓慢释放的气体胀破外表面，到两极之间生成了金属形态的锂，发生“热失控”。在电池中，塑料绝缘隔板和有机溶液等都很易燃，就像汽油一样，这些都增加了起火的风险。

大量电池连在一起，一块电池发生的问题很快会成为所有电池的问题，在汽车电池这么大规模的电池组上，热失控等问题很容易发生。电池发生故障会使电池本身的温度升高，用化学术语来讲，电池内部的反应是放热的，而热量是会互相传递的，这也就是为什么管理汽车电池组冷却和充电的软件和电池组本身同样重要。

说到冷却控制，这就是特斯拉出众的地方。特斯拉把超过6500块松下电池分成16个独立的模块——结构相同但相互独立，构成整个汽车电池组。通过这样的分离，某一个模块发生的问题不容易扩散到其他的模块。另外，特斯拉的电池组由一种蓝色的，基于乙二醇的化合物冷却，这种化合物冷却效果十分出众。同时，模块之间也有用某种绝热材料制成的“防火墙”。在西雅图的事故中，被刺穿的电池组中只有一个模块起火了，同时警报系统立即提示司机离开车辆，不得不说这些都是司机毫发无损的原因。如果换做目前的汽油车，结果恐怕会不同。

目前电动车的续航能力不及汽油车，这很大程度上要归咎于电池，即便最先进的锂离子电池，平均每千克也只能携带约200瓦时的能量，而每千克汽油能携带接近12000瓦时的能量。从某种程度上来说，储存的能量更少，意味着危险就越小，就像特斯拉的CEO马斯克也认为，对于关心安全问题而言，电动车比携带一大箱易燃液体的汽油车要安全得多。

锂电池的灭火

相比于汽油，锂电池一旦起火，会更难扑灭。在西雅图的那起事故中，消防员为了灭火切开汽车外壳，却反而让更多的氧气接触火源，导致火势更大，在这种情况下，最科学的做法可能就是什么都不做，让它安静地烧完。

桑迪亚国家实验室的研究表明，在很多情况下，让电池自己燃烧殆尽可能是更好的选择。特斯拉的应急指南上也是这么说的：电池起火24小时内会自然熄灭，如果周围空旷安全，可以考虑让火自然熄灭。

如果条件不允许，需要采取措施尽快灭火，而且水量一定要大。如果用的水太少，电池起初可能看起来熄灭了，但不久又会重新燃烧。而且如果电池里已经形成了金属形态的锂（尽管名叫锂电池，但通常电池中并没有金属形态的锂，锂非常活泼，甚至会因为空气湿度大而自动燃烧），大量水和阻燃的物质（比如二氧化碳或卤代烷）都是必要的。而且目前，熄灭着火的锂电池的最科学途径还需要进一步研究。

更令人担心的是如果放任在事故中受损的锂电池不管，锂电池内部可能会缓慢的发生反应，也可能在几周后自燃。如果受损的锂电池中的氟化物发生反应产生了氢氟酸（世界上最强的酸之一），氢氟酸会进一步腐蚀电池，最终引起火灾。

而且锂电池起火可能释放出有毒的烟雾，其中含有硫酸，还有少量金属粉尘，包括铝、钴、铜、锂、镍等。任何人在这样的环境中，尤其是在密闭空间中，都需要全副武装，不能让任何这种烟雾进入体内。

这种新式火灾会随着电动车的普及而变得越来越多，这意味着世界需要新的，更科学、严格的电动车安全测试标准。

特斯拉的电池组在车辆最底部，这种设计使特斯拉开起来非常稳，但同时这也是西雅图发生的事故的原因之一。异物撞击汽油车可能会损伤底盘和排气系统，或是刺穿油路，但发生在特斯拉Model S身上，会刺穿电池引起火灾。

我们急需合理的设计、合适的电池原料、工程上的改进等去避免这种事故的发生。这些火灾不是让我们扼杀电动汽车的发展，而是让我们看到了电动汽车设计的一个难点。攻破了这个难点，那么电动汽车迟早也会像汽油车一样，走进千家万户。

发表于 2016-03-04 00:00
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