Các sự cố chết người liên tục xảy ra đang làm dấy lên mối lo ngại về an toàn đối với pin được sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe hơi điện (EV), xe đạp điện, máy tính xách tay và điện thoại di động.
Nhờ khả năng lưu trữ lượng lớn năng lượng trong một ổ chứa nhỏ, pin lithium-ion ngày càng trở nên phổ biến để cung cấp năng lượng cho các thiết bị như máy tính xách tay, thuốc lá điện tử cũng như EV và xe đạp điện. Dù hầu hết các loại pin lithium-ion đều hoạt động an toàn nhưng một tỷ lệ nhỏ có thể gặp trục trặc và bắt lửa, thậm chí gây chết người.
Lực lượng bảo vệ bờ biển Hà Lan đang điều tra xem liệu vụ hỏa hoạn chết người trên một chiếc tàu chở EV ngày 25 Tháng Bảy có phải do một EV trên tàu tự bốc cháy không. Vào Tháng Sáu, bốn người chết vì hỏa hoạn do pin lithium-ion gây ra tại một cửa hàng sửa chữa xe đạp điện ở New York City cho thấy loại tai nạn này không còn hiếm. Cục Hàng không Liên bang (Federal Aviation Administration-FAA) ghi nhận được 74 sự cố liên quan đến pin lithium trên các chuyến bay trong năm ngoái và tăng lên hàng năm. Wall Street Journal cho biết thêm:
Các electron mang điện tích âm được truyền từ cực dương (anode) qua một mạch bên ngoài đến cực âm ở đầu bên kia, tạo ra dòng điện được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị nối với mạch. Pin chứa dung dịch điện phân (electrolyte solution) mà qua đó các ion lithium tích điện dương có thể chảy qua. Khi các điện tử âm tích tụ ở cực âm trong quá trình sử dụng, các ion dương sẽ di chuyển đến cực âm (cathode) để cân bằng chênh lệch điện tích. Trong quá trình sạc, dòng điện đảo ngược. Các electron từ cực âm được dẫn vào cực dương và các ion lithium tích điện dương quay trở lại cực dương để cân bằng điện tích âm này. Bất kỳ trục trặc nào cũng có thể gây cháy.
Pin chứa một “vách ngăn” như hàng rào bán thấm (semi-permeable barrier) cô lập cực dương, cực âm và giúp điều chỉnh dòng lithium giữa chúng. Nếu dải phân cách bị vỡ, cực dương và cực âm sẽ “chập mạch” khi các electron di chuyển tự do giữa chúng mà không bị cản trở. Hệ quả là nhiệt phát sinh, có thể đốt cháy dung dịch điện phân dễ cháy, khiến pin bắt lửa.
Theo Nikhil Koratkar, giáo sư kỹ thuật tại Học viện Bách khoa Rensselaer (Rensselaer Polytechnic Institute) pin có thể bị hỏng trong quá trình sạc, đặc biệt nếu chúng được sạc quá nhanh hoặc trong điều kiện đóng băng (freezing condition). Nếu pin sạc quá nhanh, các ion lithium không có thời gian để khuếch tán vào cực dương nên tích tụ thành cặn kim loại trên bề mặt của nó. Nhiệt độ rất lạnh cũng làm chậm quá trình hấp thụ lithium vào cực dương, dẫn đến tích tụ trên bề mặt.
“Theo thời gian, các tích tụ kim loại này tạo ra các gò liti gọi là đuôi gai (dendrites) – Koratkar giải thích – Những đuôi gai này phát triển dài hơn và nhọn hơn sau mỗi bước sạc/xả cho đến khi chúng chạm vào cực âm và làm đoản mạch pin (short out the battery). Dòng điện tăng vọt do đoản mạch tạo ra có thể làm nóng dung dịch điện phân dễ cháy, khiến pin bốc cháy”.
Theo Elham Sahraei, nhà nghiên cứu về an toàn cơ học của pin lithium-ion và giảng sư tại Đại học Temple và là giám đốc công ty Electric Vehicle Safety bổ sung: “Ngoài việc sạc pin không đúng cách, vách ngăn có thể bị hỏng cơ học hoặc do lỗi sản xuất. Ngay cả những lỗi sản xuất nhỏ cũng có thể dẫn đến vấn đề nghiêm trọng với pin”.
Năm 2016, hãng Samsung phải thu hồi và ngừng sản xuất điện thoại Galaxy Note 7 chỉ vì khách hàng báo cáo cháy pin. Một nguyên nhân là do quá trình hàn pin được kiểm soát kém đã để lại những “gờ” cao bất thường trên bề mặt cực âm. Khi hoàn thiện pin, các gờ lỗi đâm qua vách ngăn, nối cực dương với cực âm, dẫn đến đoản mạch và cháy.
Một khi chuyển sang trạng thái tự đốt nóng, không kiểm soát được, pin sẽ thải khí độc, dễ cháy, và trong một số trường hợp tạo ra axit flohydric gây bỏng hóa chất nghiêm trọng. Ngọn lửa cháy rất nóng và nhanh nên rất khó dập tắt hoặc thoát hiểm kịp thời. Loại tai nạn có từ riêng là thermal runaway (tháo chạy do nóng).
New York City đã chứng kiến một loạt vụ cháy xe đạp điện chết người. Việc sử dụng pin đã qua sử dụng hoặc đã sửa đổi với những lỗi nguy hiểm cũng là nguyên nhân của loại tại nạn này. Thói quen sạc pin trong nhà không giám sát qua đêm cũng thế. Số vụ cháy trong các xe đạp điện và xe tay ga đã tăng từ 44 trong năm 2020 lên 220 trong năm 2022 ở New York City. Theo Sở cứu hỏa thành phố, năm nay đã có 13 người chết vì hỏa hoạn do pin, nhiều hơn gấp đôi so với sáu ca tử vong xảy ra năm 2022.
Đi tìm giải pháp
Tháng Ba, 2023, Thị trưởng New York City, Eric Adams, đã ký năm dự luật thành luật, trong đó có cấm bán pin đã qua sử dụng cũng như pin không đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn quy định. Các nhà lập pháp New York cho biết sẽ ủng hộ các quy định an toàn của liên bang đối với pin lithium-ion trong các thiết bị di động cá nhân. Trong khi đó, giới khoa học tiếp tục tìm cách làm cho pin sạc an toàn hơn và ít bắt lửa hơn.
Pin lithium-ion “thể rắn” (solid-state) là một giải pháp. Không giống hầu hết các loại pin lithium-ion hiện có, chất điện phân của nó là chất rắn chứ không phải chất lỏng dễ cháy. Vì vậy, có thể sạc nhanh hơn, ít nguy cơ cháy nổ hơn và tuổi thọ pin cũng lâu hơn. “Tôi nghĩ giải pháp cuối cùng để hoá giải ‘thách thức dendrite’ nằm ở việc chuyển sang những chất điện phân thể rắn (solid-state electrolytes) hoặc chất điện phân dựa trên nước (water-based aqueous). Cả hai đều không bắt lửa nên khả năng gây cháy không còn” – Koratkar, nói.
