צורך בתקני בטיחות חדשים
המכון הפדרלי הגרמני לחקר חומרים ובדיקתם (BAM) עם מיתקן הסינכרוטרון האירופי (ESRF) ומכון פראונהופר (Fraunhofer) לדינמיקה מהירה (EMI), בחנו לעומק את רמת הבטיחות של סוללות נתרן־יון, והממצאים ברורים: מנגנוני הבטיחות המוכרים מעולם סוללות הליתיום אינם עובדים בהכרח באופן זהה בסוללות מהדור החדש.
סוללות נתרן־יון נחשבות חלופה מבטיחה לסוללות ליתיום יון בזכות חומרי הגלם הזולים והנגישים יותר. הן גם נתפסות כבעלות פרופיל בטיחות גבוה. עם זאת מכון BAM מדגיש כי יש להתאים את מערכות הבטיחות הכימיות והמכניות לתצורה הספציפית של כל טכנולוגיה.
במחקר הושוו שלושה סוגי תאים גליליים בפורמט 18650: תרכובת נתרן־יון מסוג NFM (ניקל־ברזל־מנגן), ליתיום יון מסוג NMC532 (ניקל־מנגן־קובלט) וליתיום־ברזל־פוספט (LFP). תאי NMC נפוצים בעיקר ברכב חשמלי ובאלקטרוניקה ניידת, ול־LFP שימוש נרחב באגירת אנרגיה ובמספר גדל של מכוניות חשמליות.
החוקרים ביצעו "מבחן מסמר": ניקוב מכני של התא כדי לגרום קצר פנימי ולבחון את התגובה. תאי NMC ו־LFP הגיבו כצפוי, תאי LFP הראו יציבות גבוהה ולתאי NMC הייתה תגובה מבוקרת ומנגנוני הבטיחות פעלו היטב. אולם בסוללת הנתרן־יון התרחשה תגובה "כמעט נפיצה", תוצאה שהפתיעה את החוקרים.
לפי BAM, לא הכימיה אשמה אלא תצורת התא הספציפית: מערכת שחרור הלחץ (הוונט) ננעלה בשל רכיבי בטיחות פנימיים אחרים ולא הצליחה לשחרר גזים בזמן. העלייה המהירה בלחץ הביאה לפיצוץ פתאומי של התא.
המסקנה היא שאי אפשר להעתיק את הטכנולוגיות ושיטות הבטיחות. "מנגנוני בטיחות אינם ניתנים להעברה ישירה מטכנולוגיה אחת לאחרת", אמר מנהל מרכז בדיקות הסוללות של BAM. "בסוללות חדשות כגון נתרן־יון יש להתאים במיוחד רכיבים מכניים כגון מערכות אוורור ולבחון אותן לעומק."
ב־BAM מדגישים כי הממצאים אינם מערערים על בטיחותה הבסיסית של טכנולוגיית נתרן־יון אלא מדגישים את החשיבות של שילוב בין הכימיה לבין העיצוב המכני של התא. המכון משתתף כעת בפיתוח תקנים חדשים לסוללות נתרן־יון על בסיס מחקר ייחודי שפורסם במגזינים מקצועיים. המחקר כולל צילומים יוצאי דופן בהילוך איטי, המציגים בזמן אמת כיצד מבנה התא מגיב רגע לפני שייהפך לאירוע אלים.
הלקח המרכזי הוא שמעבר לטכנולוגיות אנרגיה חדשות מחייב פיתוח ושדרוג של מערכות בטיחות, ולא רק שינוי של הכימיה עצמה.
תוצאות המבחן. צילום: Fraunhofer
