• akku
• Hybridiautot
• litiumioniakku
• paloturvallisuus
• sähköauto

Euroopan komission tavoitteena on saavuttaa päästöttömät uudet henkilö- ja pakettiautot vuoteen 2035 mennessä. Suomi on sitoutunut tavoitteisiin ja vuoden 2019 hallitusohjelman mukaan ilmastotavoitteena on olla ensimmäinen fossiilivapaa yhteiskunta vuonna 2035.

Suomen henkilöautojen ensirekisteröintitilastot ovat tulleet murrokseen ja ihmisten ostokäyttäytyminen on muuttunut. Perinteisesti bensiinillä tai dieselillä toimivat polttomoottoriautojen ensirekisteröinnit ovat olleet laskussa edellisvuosina. Bensiiniautot hallitsevat tilastoja vielä, mutta yli kolmannes vuonna 2022 ensirekisteröidyistä henkilöautoista on sähkö- tai ladattavia hybridiautoja.

Sähköautojen lisääntyessä, on kasvanut myös keskustelu niiden litiumioniakustoiden paloturvallisuudesta. Palaessaan sähköauto ei ole polttomoottorillista ajoneuvoa kummempi sammuttaa, mutta palon edetessä akustoon sammutus hankaloituu merkittävästi. Litiumioniakun syttyessä palamaan se tuottaa itse palamiseen vaadittavan hapen sekä lämmön. Näin ollen paloa ei pystytä tukahduttamaan ja se saattaa syttyä itsestään uudelleen palamaan, vaikka akku on jo kertaalleen sammutettu.

Akkukemia määrää ominaisuudet

Ymmärtääkseen, mikä akussa palaa pitää tutustua akuston rakenteeseen ja niissä käytettäviin akkukemioihin. Litiumioniakun katodi koostuu positiivisesta virrankerääjästä sekä aktiiviaineesta. Katodin aktiiviaine vaihtelee käytetyn akkukemian mukaan. Akun anodi koostuu negatiivisesta virrankerääjästä sekä aktiiviaineena toimivasta grafiitista. Katodin ja anodin erottaa separaattori eli erotin, jonka tehtävänä on estää akun sisäinen oikosulku. Erotin on usein muovista valmistettu ohut kalvo, joka hajotessaan mahdollistaa katodin ja anodin kosketuksen. Akussa on vielä elektrolyyttiliuos, joka mahdollistaa litiumionien liikkeen positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä. Akun latautuessa katodi luovuttaa litiumioneja erottimen läpi anodille ja latautuessa anodi luovuttaa litiumioneja katodille.

Oleellinen termi litiumioniakkupaloista puhuessa on lämpöryntäys eli terminen karkaaminen. Lämpöryntäykseksi kutsutaan reaktiota, jossa lämmön kohoaminen johtaa hallitsemattomaan lämpötilan nousuun. Akkukennon sisällä oleva elektrolyytti alkaa höyrystymään ja tuottamaan painetta kennon sisällä, mikä johtaa kennon räjähtämiseen ja syttymiseen.

Akku nimetään katodissa käytettävän aktiiviaineen mukaan. Aktiiviaineet ja niiden suhteet vaikuttavat merkittävästi akun lopullisiin ominaisuuksiin kuten lataus- ja purkaussyklinkestoon, lämpökarkaamislämpötilaan ja ominaisenergiaan.  Auton valmistajien pitää puntaroida akulta haluttavia ominaisuuksia ja niiden perusteella valita käytettävä akkukemia.

Litiumioniakuissa käytettäviä katodin aktiiviaineita:

• Litium-nikkelimangaanikoboltti
• Litium-mangaanioksidi
• Litium-nikkelikobolttialumiinioksidi
• Litium-rautafosfaatti.

Ei mikä tahansa akku

Sähköautoissa käytettävien akkujen turvallisuusvaatimukset on laadittu Yhdistyneiden kansakuntien Euroopan talouskomission säädöksessä numero 100. Säädös sisältää erilaisia turvallisuus testejä, jotka akun tulee läpäistä, jotta sitä voidaan käyttää ajoneuvoissa. Testeissä tutkitaan akun käyttäytymistä eri lämpötiloissa, sen tulenkestävyyttä sekä käyttäytymistä erilaisissa mekaanisissa kuormituksissa. Lisäksi akun tulee katkaista lataus- tai purkuvirta eri tilanteissa. Tehtävät testit ovat minimivaatimuksia, mutta usein auton valmistajat testaavat akun tarkemmin. Mitä tahansa testaamatonta akkua ei siis päästetä markkinoille.

Akun syttymiseen voi johtua useasta eri syystä. Merkittävimpiä aiheuttajia ovat akkukennon erottimen hajoaminen sekä akustossa tapahtuva suuri lämmönnousu. Tätä varten on kehitetty akustonvalvontajärjestelmä, joka varmistaa akun turvallisen toiminnan. Akustovalvontajärjestelmä tarkkailee akun kennojännitteitä, hallitsee purkaus- ja latausvirtaa sekä valvoo ja säätää akuston lämpötilaa.

Akun palamiseen johtavia tekijöitä:

• mekaaninen vaurioituminen kolaritilanteessa
• lämmönnousu ulkoisen lähteen seurauksena
• erottimen hajoamisesta johtuva sisäinen oikosulku
• ulkoinen oikosulku esimerkiksi sähköisku huoltotilanteessa
• ylilataaminen tai -purkaminen akustohallintajärjestelmän pettäessä.

Akkupalon sammuttaminen haastavaa muttei mahdotonta

Palava akku tuottaa kaksi palamisreaktion edellytystä, happea ja korkean lämpötilan. Tukahduttaminen ei onnistu, koska happea vapautuu palavasta kennosta. Tehokkaimmaksi tavaksi on todettu akuston jäähdyttäminen vedellä. Tämä vaatii kuitenkin 10 000–30 000 litraa vettä. Muodostuvat palokaasut ovat hengenvaarallisia ja sammutusvesi on ongelmajätettä.

Sähköautopaloihin on jo suunniteltu sammutusvälineitä. Sammutuskontilla kyetään upottamaan palava auto veteen, joka jäähdyttää akustoa tehokkaasti sekä sammutusvesi saadaan kerättyä talteen jatkokäsittelyä varten. Alustasprinklerillä jäähdytetään ajoneuvon pohjassa sijaitsevaa akustoa siten, ettei pelastajan tarvitse olla ajoneuvon vieressä ja altistua myrkkykaasuille. Jännitesuojattu pistosuihkuputki isketään palavan kennon sisälle ja näin ollen akkua saadaan jäähdytettyä tehokkaasti sisältäpäin. Autosammutuspeitteellä saadaan rajattua paloa ja estettyä lisävahinkojen syntymistä.

Teknologian tutkimuskeskus VTT:n mukaan sähköautopalon todennäköisyys on 20 kertaa pienempi kuin tavallisen polttomoottorisen ajoneuvon (Teknologian tutkimuskeskus VTT 2020). Sähköautosta puuttuu palava polttoaine sekä polttoainelinjat, jotka rikkoutuessaan saattavat aiheuttaa ajoneuvon syttymisen. Sähköautopaloja on Suomessa 2.9 kappaletta vuodessa. Kyse ei ole siis pelastustoimen jokapäiväisestä tai edes jokakuisesta tehtävästä. Sähköautopalo ei poikkea tavallisesta polttomoottoriauton palosta merkittävästi, jos palo ei ole akustossa. Palot tulevat kuitenkin lisääntymään tulevaisuudessa ajoneuvokannan muuttuessa.

Lähteet:

Riihimäki, M. 2023. Sähkö- ja hybridiajoneuvojen litiumioniakuston paloturvallisuus – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.

Teknologian tutkimuskeskus VTT 2020. Riskit sähköajoneuvojen latauksessa. Viitattu 17.6.2023. https://cris.vtt.fi/ws/portalfiles/portal/44530002/Riskit_s_hk_ajoneuvojen_latausessa_200414.pdf