Công nghệ pin xe điện nào khó cháy nổ nhất?

Các loại pin xe điện đang lưu hành ở Việt Nam

TS Lê Viết Thông chuyên gia về Kỹ thuật Điện và Điện tử cho biết, pin lithium-ion, thường được gọi là pin lithium, đã được sử dụng phổ biến, thay thế cho pin chì. Chúng không chỉ phổ biến trong các thiết bị điện tử di động như điện thoại và laptop mà còn trong xe điện và xe máy điện do khả năng lưu trữ năng lượng cao, khả năng sạc nhanh và giá cả ngày càng phải chăng.

Tuy nhiên, nó có những nhược điểm như chi phí cao, gặp thời tiết lạnh thường bị giảm hiệu suất và khi cháy nổ rất nguy hiểm. Do chứa các điện cực lithium và carbon, nó có thể tự kích hoạt phản ứng cháy bên trong khi bị va chạm vật lý, sạc sai cách, hỏng cấu trúc hoặc bị quá nhiệt trong điều kiện khắc nghiệt. Pin lithium-ion nếu cháy sẽ lan nhanh, khó kiểm soát, khó dập tắt bằng nước, thải ra nhiều khí độc…vì vậy thường gây ra những thiệt hại lớn.

Có nhiều công nghệ pin xe điện đang lưu hành ở Việt Nam.

Pin lithium sắt phốt phát (LFP), được coi là một phiên bản cải tiến của lithium-ion. Thay vì dùng các loại vật liệu như cobalt, nickel, mangan hoặc cobalt oxide ở cực dương như lithium-ion, pin LFP sử dụng sắt phốt phát. Sự khác biệt này giúp pin LFP tăng tính ổn định hóa học và điện áp, đồng thời nâng cao độ bền cơ học. Loại pin này giữ độ ổn định điện áp cao ngay cả khi mức pin thấp, hoặc chu kỳ sạc xả cao. Nguy cơ cháy nổ thấp hơn, cũng không lan nhanh và khó dập tắt như pin lithium-ion.

Nhược điểm của nó là có mật độ năng lượng thấp hơn pin lithium-ion. Nếu có cùng khối lượng với pin lithium-ion, sẽ đi được quãng đường ngắn hơn. Muốn đi ngang bằng sẽ cần pin có khối lượng to và nặng hơn. Hiệu suất pin LFP cũng bị giảm mạnh khi gặp nhiệt độ thấp.

Pin axit chì ưu điểm là có thể giúp xe máy điện hoạt động và sạc tốt khi thời tiết lạnh. Cụ thể, loại pin này sản sinh năng lượng qua phản ứng hóa học của chì và axit sulfuric (H2SO4), không bị ảnh hưởng nặng bởi hiện tượng đóng băng chất điện phân như pin lithium-ion. Ngoài ra, loại pin này còn có ưu điểm là không dễ cháy nổ như pin lithium-ion khi bị va đập mạnh, rơi, thủng. Nếu xe máy điện xảy ra va chạm, khối pin chỉ tràn axit.

Nhược điểm của pin axit chì là mật độ năng lượng thấp, khiến các xe máy điện sử dụng loại pin này thường chỉ đi được quãng ngắn. Ngoài ra tuổi thọ của pin thấp, dễ chai pin, và nếu để cạn pin quá lâu sẽ làm giảm tuổi thọ nhanh chóng. Tuy dễ tái chế, nhưng axit trong pin sẽ gây ô nhiễm đất và nước nếu bị rò rỉ, hoặc vứt bỏ không đúng quy trình.

Theo TS Lê Viết Thông, rủi ro lớn nhất về cháy nổ của pin xuất phát từ việc sạc vượt quá giới hạn điện áp được quy định trên pin. Các nhà sản xuất thường cung cấp bộ sạc tiêu chuẩn với sản phẩm của họ, đảm bảo dòng và điện áp phù hợp với pin mà họ bán. Theo thời gian, những bộ sạc này có thể bị hỏng hoặc mất, khiến người dùng mua hoặc mượn các bộ sạc từ thị trường mà không biết về các thông số hiện tại hoặc khả năng tương thích với pin của xe họ.

Rủi ro thứ hai quan trọng liên quan đến việc quá nhiệt trong quá trình sạc hoặc xả khi xe đang hoạt động. Pin lithium hoạt động tốt ở nhiệt độ từ 10 đến 25 độ Celsius. Trong điều kiện nhiệt độ cực đoan, như nhiệt đới mùa hè nóng bỏng ở nước ta, nhiệt độ pin có thể vượt quá 60 độ Celsius, gây biến dạng vỏ pin, mất bảo vệ và tiềm năng dẫn đến cháy nổ hoặc vụ nổ. Chế độ sạc nhanh và xả nhanh gia tăng rủi ro này.

Rủi ro thứ ba liên quan đến các pin kém chất lượng, được đóng gói kém và không ổn định. Đóng kín không đủ của bao bì cho phép độ ẩm và không khí xâm nhập vào pin, dẫn đến các phản ứng với lithium và tiềm năng gây cháy nổ hoặc vụ nổ. Ngoài ra, khi pin lão hóa, khí tích tụ bên trong pin, gây sưng to. Nếu vỏ pin không đủ cứng cáp, nó có thể bể vỡ, cho phép khí thoát ra và tiềm năng gây ra cháy nổ hoặc vụ nổ.

Chuyên gia khuyên, để an toàn, khi sạc pin, nên đặt xe trong môi trường mát mẻ, tránh ánh nắng trực tiếp và các nguồn nhiệt khác, đảm bảo pin không quá nhiệt. Quan trọng là không nên sử dụng bộ sạc nhanh được thiết kế cho pin có dung lượng lớn cho các pin có dung lượng thấp, vì điều này có thể gây nhiệt độ tăng nhanh và tăng rủi ro về sự cố. Ngoài ra, hạn chế để bộ sạc cắm suốt một thời gian dài hoặc sạc pin qua đêm mà không giám sát.

Người dùng nên cẩn trọng khi thay thế pin của hãng với sản phẩm của OEM (Nhà sản xuất thiết bị gốc) được bán trên thị trường. Những sản phẩm này có thể không đáp ứng cùng các tiêu chuẩn an toàn và chất lượng và có thể gây rủi ro.

Thường thì các nhà sản xuất đề xuất thay thế pin khi dung lượng sạc đầy của nó giảm xuống còn khoảng 80% so với dung lượng ban đầu. Sự giảm này do sự tăng cường của trở kháng bên trong, dẫn đến tăng nhiệt độ trong quá trình sạc và xả. Việc sử dụng pin vượt quá ngưỡng này có thể gây ra rủi ro lớn, nên các pin này nên được thay thế hoặc sử dụng cho các ứng dụng ít đòi hỏi hơn.

Cần có bộ quy chuẩn về an toàn cháy nổ với pin xe điện

Theo chuyên gia năng lượng Nguyễn Đăng Khôi, Việt Nam hiện đã có một số tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) áp dụng cho pin lithium-ion trong phương tiện giao thông chạy điện, điển hình là bộ TCVN 12241, nội địa hóa từ tiêu chuẩn quốc tế IEC 62660. Ngoài ra, một số tiêu chuẩn kỹ thuật khác cũng đã được ban hành, như TCVN 13916:2024 dành cho pin hoán đổi trên xe máy điện hai bánh, và TCVN 13078 về hệ thống sạc điện (tham chiếu từ tiêu chuẩn IEC 61851).

Tuy vậy, đây vẫn chỉ là các tiêu chuẩn kỹ thuật riêng lẻ, chưa hình thành một bộ quy chuẩn an toàn cháy nổ có tính hệ thống và bắt buộc, đặc biệt trong bối cảnh pin đang được sử dụng và sạc trong khu dân cư, dưới tầng hầm kín hoặc các bãi gửi xe công cộng.

Các chuyên gia kỹ thuật nhiều lần kiến nghị sớm nghiên cứu và nội địa hóa các tiêu chuẩn quốc tế như UL 1973 và UL 1974 – hai bộ tiêu chuẩn do tổ chức Underwriters Laboratories (UL), Mỹ xây dựng. Trong đó UL 1973 đặt ra yêu cầu an toàn cho pin được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ năng lượng tĩnh, trạm sạc, hoặc ứng dụng phụ trợ trên phương tiện giao thông; còn UL 1974 cung cấp quy trình đánh giá và phân loại pin đã qua sử dụng, nhằm đảm bảo an toàn khi tái sử dụng hoặc tái chế.

Theo chuyên gia, hiện các tiêu chuẩn này mới chỉ được tham khảo, chưa được Việt Nam chuyển thành TCVN hoặc áp dụng bắt buộc. Trong khi đó, hệ thống dữ liệu về các sự cố cháy nổ liên quan đến pin vẫn còn thiếu, việc điều tra nguyên nhân và phân loại thường không cụ thể, gây khó khăn cho việc ban hành tiêu chuẩn dựa trên thực tiễn.

Đáng lo hơn, thị trường pin thay thế, pin "độ" và pin tái sử dụng đang phát triển mạnh nhưng gần như nằm ngoài vùng kiểm soát. Người tiêu dùng có thể dễ dàng mua pin qua mạng, không rõ nguồn gốc, không kiểm định chất lượng, không có hướng dẫn sạc an toàn. Thêm vào đó, các tòa nhà, bãi xe công cộng hiện cũng chưa có quy định riêng cho khu vực đỗ xe điện, sạc điện hay thoát hiểm khi xảy ra cháy nổ liên quan đến pin.

Cần xây dựng và ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN) về an toàn cháy nổ dành riêng cho pin lithium-ion trong xe điện – áp dụng bắt buộc. Quy chuẩn này cần bao phủ từ khâu thiết kế, thử nghiệm, sản xuất đến lắp đặt, vận hành và tái sử dụng pin. Có thể tham khảo các tiêu chuẩn quốc tế như UL 1973 (cho pin trong hệ thống lưu trữ năng lượng) và UL 1974 (đánh giá pin tái sử dụng), nhưng phải được điều chỉnh để phù hợp với điều kiện sử dụng ở Việt Nam.

Bên cạnh đó, cần bổ sung các quy định trong quy chuẩn xây dựng và phòng cháy chữa cháy, yêu cầu cụ thể đối với khu vực để xe điện, trạm sạc, hệ thống thoát hiểm và phòng cháy tại các công trình công cộng và dân cư. Một số nước đã quy định rõ xe điện không được sạc trong tầng hầm nếu không có hệ thống cảnh báo nhiệt, thiết bị cắt điện tự động và hệ thống chữa cháy phù hợp.

Tô Hội