电池起火是一个日益严重的公共安全问题 - 以下是降低风险的方法

在当今的电子时代，可充电锂离子电池无处不在。与几十年来主导电池市场的铅酸电池相比，锂离子电池可以在相同重量的情况下充电更快并存储更多能量。

这些设备使我们的电子产品和电动汽车变得更轻、更耐用，但它们也有缺点。它们含有大量能量，如果着火，它们就会燃烧，直到所有储存的能量被释放。突然释放大量能量可能导致爆炸，威胁生命和财产。

作为研究的科学家 能源生产, 贮存 和 转换, ， 和 汽车工程, ，我们对开发高能量且安全的电池有着浓厚的兴趣。我们看到令人鼓舞的迹象，表明电池制造商在解决这一重大技术问题方面正在取得进展。

新的火灾隐患

城市交通正在经历向电气化的变革。随着世界各地城市对气候变化和空气质量的担忧日益加剧， 电动汽车 已经占据了舞台的中心。

与此同时，电动自行车和电动滑板车正在改变城市交通，提供便捷、低碳的方式在拥挤的街道上行驶并减少交通拥堵。从 2010 年到 2022 年，租赁网络拥有的共享电动自行车和电动滑板车占 超过 5 亿次出行 在美国城市。私人拥有的电动自行车增加了这一总数：2021年， 美国售出超过 880,000 辆电动自行车, ，相比之下，电动汽车和卡车为 608,000 辆。

电池驱动汽车占 一小部分 的汽车火灾，但是 控制电动汽车火灾很困难. 。通常，电动汽车着火的燃烧温度约为 5,000 华氏度（2,760 摄氏度），而汽油动力汽车着火的燃烧温度为 1,500 华氏度（815 摄氏度）。大约需要 2,000 加仑的水才能扑灭燃烧的汽油动力车辆；扑灭电动汽车火灾需要 10倍以上.

这是电动汽车流行的大城市的一个主要问题。纽约市和旧金山消防部门报告处理情况 超过660起火灾 2019年起涉及锂离子电池。在纽约市，这些火灾造成 12人死亡、260多人受伤 从 2021 年到 2023 年初。显然，需要更安全的处理和充电实践，以及电池的技术改进。

电动汽车中的许多电池

要了解锂离子电池火灾，了解一些基础知识很重要。电池容纳含有能量的化学物质，其正极和负极之间有隔膜。它的工作原理是 将这种能量转化为电能.

电池中的两个电极被电解质包围，电解质是一种允许电荷在两个端子之间流动的物质。例如，在锂离子电池中，锂离子携带电荷。当设备连接到电池时，电极上会发生化学反应，并在外部电路中产生电子流，为设备供电。

手机和数码相机可以使用单块电池运行，但电动汽车需要更多的能源和电力。根据其设计，电动汽车可能包含 数十至数千个单体电池, ，称为细胞。电池以称为模块的组聚集在一起，而模块又被组装在电池组中。标准电动汽车将包含一个大型电池组，内部有许多电池。

电池起火的原因是什么

通常，电池起火 从单个单元格开始 装在更大的电池组中。电池起火的主要原因有以下三个：机械伤害，例如车辆碰撞时的挤压或穿透；来自外部或内部的电气伤害 短路;或过热。

电池短路可能是由于错误的外部处理或电池内部不必要的化学反应引起的。当锂离子电池充电过快时，化学反应会在电池阳极（带负电荷的电极）上产生非常锋利的锂针，称为枝晶。最终，它们穿透隔膜并到达另一个电极，使电池内部短路。

这种短路会将电池温度加热到 212 F (100 C) 以上。电池的温度首先缓慢上升，然后突然上升，大约在一秒钟内达到峰值温度。

导致锂离子电池火灾难以处理的另一个因素是氧气的产生。当电池阴极或带正电的电极中的金属氧化物被加热时，它们 分解并释放氧气. 。火需要氧气才能燃烧，因此可以产生氧气的电池可以维持火势。

由于电解质的性质，锂离子电池温度升高 20% 会导致一些不需要的化学反应发生得更快，从而释放过多的热量。多余的热量会增加电池温度，从而加速反应。电池温度升高会增加反应速率，从而产生一个称为 热失控. 。当这种情况发生时，电池中的温度会在一秒钟内从 212 F (100 C) 升至 1,800 F (1000 C)。

管理热失控问题

确保电池安全的方法可以关注电池外部或内部的条件。外部保护通常涉及使用温度传感器和压力阀等电子设备，以确保电池不会受到可能导致事故的热量或压力。

然而，这些机制使电池变得更大、更重，这会降低其供电设备的性能。而且它们在极端温度或压力（例如车祸中产生的温度或压力）下可能不可靠。

内部保护策略侧重于对电池组件使用本质安全的材料。这种方法提供了从源头解决潜在危险的机会。

降低电池组热失控的强度需要采取以下措施： 软件和硬件改进. 。科学家们正在努力开发分解时释放更少氧气的阴极。不易燃电解质； 固态电解质, ，不会着火，也可能有助于减轻枝晶生长；和分隔符可以 承受高温而不熔化.

另一种解决方案已经投入使用： 电池管理系统. 。这些是内置于电池组中的硬件和软件包，可以监控重要的电池参数，例如电池组中电池的充电状态、内部压力和温度。

正如医生根据患者的症状来诊断和治疗他们的疾病一样，电池管理系统可以诊断电池组内的状况并做出自主决定，关闭热点电池，或改变负载分布，以便任何单个电池都不会出现故障。太热了。

电池化学技术正在迅速发展，因此新的设计将需要新的电池管理系统。许多电池生产商 建立伙伴关系 它将具有互补电池专业知识的制造商聚集在一起来应对这一挑战。

用户还可以采取措施 最大限度地提高安全性. 。使用制造商推荐的充电设备和插座，并避免过度充电或让电动汽车通宵充电。定期检查电池是否有损坏或过热的迹象。停放车辆 远离极热或极冷的环境 – 例如，在热浪期间将车停在阴凉处 – 以防止电池受到热应力。

最后，如果发生涉及电动汽车的碰撞或事故，请遵循制造商的安全协议，并在可能的情况下断开电池，以尽量减少火灾或触电的风险。