Khi khoa học ‘chế ngự lửa’

Nhiều người khi đang cân nhắc mua ô tô điện thường tỏ ra lo sợ trước sự xuất hiện của những công nghệ xa lạ. Trước hết, vì họ chưa từng sạc pin cho xe ô tô bao giờ nên họ thường tỏ ra lo lắng về thời gian và địa điểm sạc có thực sự hiệu quả hay không. Nhưng giờ đây, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, thời gian để sạc một chiếc xe ô tô điện cũng dần được thu ngắn, có thể nói thời gian để sạc một chiếc ô tô điện gần như tương tự với thời gian bạn sạc một chiếc điện thoại di động.

Nhưng khả năng một chiếc điện thoại di động tự phát nổ và bốc cháy là rất thấp, trong khi khả năng một chiếc xe điện bốc cháy có vẻ như cao hơn đáng kể. Đặc biệt những ai đã xem tin tức về những vụ nổ pin dung lượng lớn, thì chắc chắn nhiều người trong số họ sẽ tỏ ra rất đắn đo khi quyết định mua ô tô điện.

Mặc dù nguyên nhân gây cháy ở pin xe điện có rất nhiều nguyên nhân phức tạp, nhưng nếu loại trừ các nguyên nhân gây cháy ngoài tầm kiểm soát và chỉ thuần túy xét từ góc độ pin thì nguyên nhân chính đến từ vật chất bên trong khối pin đó.

Đầu tiên, vật liệu điện cực dương và âm cấu tạo nên pin sẽ giãn nở dần ra theo thời gian. Nếu hai chất này tiếp xúc với nhau sẽ xảy ra phản ứng hóa học dữ dội, sinh nhiệt và gây nổ ngay lập tức. Vì vậy, để ngăn hai chất tiếp xúc nhau người ta lắp đặt một màng ngăn cách. Tuy nhiên, nếu vì lý do nào đó mà màng ngăn cách này bị hỏng, nó sẽ khiến các vật liệu điện cực dương và âm tiếp xúc với nhau gây ra vụ nổ.

Rõ ràng sự tiếp xúc của các vật liệu tạo thành điện cực là nguyên nhân gây cháy, nhưng còn một nguyên nhân khác khiến lửa có thể lan rộng hơn – Cacbonat hữu cơ, thường được sử dụng làm chất điện phân trong pin lithium-ion, có điểm bắt lửa thấp và dễ bắt lửa ở nhiệt độ phòng. Trong khi đó, vật liệu điện cực dương lại có thể tạo ra oxy, và điều này sẽ khiến cho ngọn lửa sẽ lan rộng.

Ai từng tiếp xúc với vụ cháy xe điện qua tin tức đều biết rằng nếu xảy ra vụ nổ nhiệt trong pin thì sẽ xảy ra những tình huống hoàn toàn khác với cháy nổ thông thường và cần rất nhiều nước để dập tắt, trong một vài trường hợp ngay cả khi bị ngập trong nước, phản ứng hóa học vẫn tiếp tục diễn ra kèm theo khói dày đặc. Theo đó, để có thể dập tắt được hoàn toàn đám cháy, bạn có thể đợi cho đến khi phản ứng hóa học dừng lại, điều này có thể mất đến vài giờ.

Vì vậy, các nhà khoa học gần đây đã nghiên cứu nhiều công nghệ khác nhau để làm rõ nguyên nhân gây cháy pin lithium và ngăn ngừa hỏa hoạn. Một trong số đó là tăng hàm lượng coban trong vật liệu làm cực âm và giảm lượng oxy sinh ra. Nếu có ít oxy hơn thì quá trình cháy tất nhiên sẽ yếu đi và quy mô của đám cháy đương nhiên sẽ nhỏ hơn.

Ngoài ra, còn một cách khác là chỉ cần thay đổi thành phần của chất điện phân. Năm ngoái, KAIST (Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc) đã phát triển thành công chất điện phân chống cháy, kiểm soát cấu trúc phân tử của cacbonat hữu cơ – thành phần chính của chất điện phân. Tuy nhiên,m việc thay đổi cấu trúc chất điện phân lại khiến các ion di chuyển chậm hơn. Vì vậy, điều này sẽ làm nảy sinh vấn đề mới là thời gian sạc sẽ bị kéo dài hoặc pin sẽ không cung cấp đủ lượng điện cần thiết.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu tại một trường đại học ở Nam Carolina, Mỹ cũng có ý tưởng tương tự như KAIST. Họ cũng dự đoán rằng nếu có thể phát triển được chất điện phân chống cháy, không bắt lửa thì có thể ngăn chặn được các vụ nổ pin hiện nay. Tuy nhiên, họ tìm ra chất mới thay vì khắc phục và can thiệp vào chất điện giải hiện có. Điều đáng ngạc nhiên là chất này chủ yếu được sử dụng trong bình chữa cháy nên ngay cả khi đám cháy bùng phát, chất điện phân sẽ dập tắt đám cháy.

Trên thực tế, họ đã tiến hành các thử nghiệm thâm nhập trong nhiều môi trường nhiệt độ khác nhau và họ nói rằng khi đám cháy bùng phát bên trong pin, chất điện phân thực sự đã dập tắt đám cháy. Tất nhiên, trước đây các nhà khoa học cũng đã tìm ra được chất điện phân không cháy nhưng chúng được cấu tạo từ các chất như flo và phốt pho đắt tiền hoặc gây ô nhiễm sức khỏe và môi trường khi bị rò rỉ nên không được sử dụng. Tuy nhiên, như đã đề cập trước đó, chất điện phân do nhóm nghiên cứu này phát triển được sử dụng trong bình chữa cháy nên thân thiện với môi trường hơn và cũng tối ưu hơn về chi phí.

Theo nghiên cứu, họ đã thử nghiệm nhiều loại dung dịch chữa cháy và tìm ra một chất do 3M sản xuất có tên Novec 7300 – cho kết quả tốt nhất – chất này có thể thay thế các chất điện phân hiện có mà không cần sửa đổi dây chuyền sản xuất pin.

Tất nhiên, vẫn chưa rõ khi nào chất điện phân trong pin xe điện sẽ được thay thế bằng những chất này, nhưng sự đổi mới vẫn tiếp tục diễn ra trong lĩnh vực pin và người ta dự đoán rằng những mối lo ngại về an toàn xung quanh xe điện sẽ sớm được giải quyết một cách hiệu quả.