

4月17日星期六晚上11:30左右,在休斯顿一个社区附近,一辆2019款特斯拉Model S冲出道路并撞上一棵树。新闻报道的重点是事发时似乎没有人驾驶这辆车。车内发现了两名男子的尸体,一人在前排乘客座,另一人坐在后排,这表明他们可能使用了汽车的自动驾驶辅助功能。但多家报道指出了另一个有趣的细节:当第一响应者赶到并试图扑灭火灾时,火势反复复燃,尽管使用了近3万加仑的水,仍持续燃烧了四个多小时。
众所周知,电动汽车使用的高压锂离子电池可能存在危险。事实上,几乎所有锂离子电池都有爆炸或起火的可能。五年前,三星曾召回约一百万部新款Galaxy Note 7手机,因为其中一些出现过热或起火的情况。2016年,亚马逊被发现销售的 faulty batteries 有时也会起火。然而,电动汽车(EV)电池的问题在于,它们储存的能量远比手机电池多。
“特斯拉的电池由大量单个电池组成,”东北大学可再生能源技术中心(Center for Renewable Energy Technologies)的退休研究教授K.M. Abraham表示。“正常情况下它们是安全的。但如果你使一个电池短路,能量会在很短的时间内释放出来。这是一次非常严重的撞击,很可能数千个电池同时燃烧,产生大量热量。”
[相关:SpaceX 星舰屡次爆炸,但这都是埃隆·马斯克计划的一部分]
电动汽车电池首次引起全国关注是在2011年5月,一辆雪佛兰沃兰达(Chevrolet Volt)在一次例行的碰撞测试三周后发生起火。此后,又报道了数十起类似事件,仅特斯拉车型就报告了40多起火灾,特别是该车型的一些早期版本。
2018年,洛杉矶曾发生一起特斯拉Model S在圣莫妮卡大道(Santa Monica Boulevard)的交通中起火的事件,火势从轮拱处窜出。在一份声明中,特斯拉称这是一起“极其不寻常的事件”。
根据美国联邦公路管理局(US Federal Highway Administration)的数据,特斯拉声称汽油动力汽车起火的几率比其电动汽车高约11倍。该公司使用“每10亿英里行驶里程的火灾次数”这一指标,并表示在2012年至2020年期间,平均每行驶2.05亿英里就会发生一次车辆火灾。
“就像在地狱里一样,如果你能想象地狱是什么样子的话。”
K.M. Abraham
专家们一致认为,电动汽车起火的频率低于汽油动力汽车,但由于锂离子电池系统的应用,电动汽车火灾的持续时间和强度可能使其更难扑灭。“电动汽车电池内储存了大量的能量,而这些能量本应以一种非常受控的方式释放,”Abraham说。“当这种情况没有发生时,就可能导致极具可燃性的反应。就像在地狱里一样,如果你能想象地狱是什么样子的话。”
Abraham解释说,如果用水量不足,水实际上可能会加剧锂电池火灾,因为它会充当导体。所需要的要么是大量的水,要么是粉状石墨,而大多数消防站可能没有这些东西。一项2020年NTSB研究表明,美国消防员需要针对电动汽车电池火灾采取不同的灭火技术,并指出很少有消防部门对第一响应者进行过处理此类火灾的培训。
特斯拉发布了第一响应者指南,以帮助消防员更好地应对其车辆的电池火灾。例如,其Model 3的官方指南包括使用“大量水”、二氧化碳或“干粉灭火剂”,并警告“不要使用泡沫”[PDF,第23页]。
[相关:《圣诞故事》中的拉尔菲本可以成为第一个进入太空的孩子。然后灾难降临。]
特斯拉Model S的电池包含16个模块,共7,104个锂离子电池单元。每个单元由阳极、阴极、隔膜和液体电解质组成。阳极和阴极储存锂,电解质通过隔膜在带电锂离子之间来回传递。但液体电解质是易燃的,当锂离子电池暴露在极端高温下或在碰撞后严重损坏时,就可能导致内部短路,引发一种称为热失控的现象。这本质上是一个不受控制的、连锁的剧烈化学反应循环,会释放出巨大的能量。根据2020年NTSB关于电动汽车火灾的研究,大多数事故是由损坏电池的热失控引起的。
“损坏的电池中,如果存在火花和氧气,就会燃烧,”伊利诺伊州阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)阿贡联合能源储存科学中心(Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science, ACCESS)主任Venkat Srinivasan说。随着电池单元点燃,热失控加速,燃烧的电池仍然有储存的能量,并且可以有效地产生自身燃料,使其比汽油火灾更难扑灭。“汽油只有一种反应,”Srinivasan说。“电池则有多个步骤,而且通常需要很长时间才能结束。”
科学家们认为,一种可能彻底改变锂电池、使其安全性堪比手电筒里AA电池的创新是固态电解质。一家声称正在开发此类电池的公司是硅谷的QuantumScape。然而,该公司对其电池一直守口如瓶,只发布了有限的数据,目前还没有商业产品。一些人仍然怀疑这项技术能否兑现其承诺。“我不知道固态电解质如何才能获得应有的性能,”Abraham说。
专家表示,目前需要更多的研究和测试,以找到更好、不易燃的材料,以及新的工程突破,以减少热失控反应的快速蔓延。由于我们才刚刚进入电动汽车商业化锂离子电池技术时代大约十年,因此仍有很大的改进空间。
“锂离子技术仍然相对较新,”桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)电池滥用测试实验室(Battery Abuse Testing Laboratory)的首席研究员Joshua Lamb说。“我们在电池技术方面没有100多年的经验来确切了解其危险性。”