Hvorfor et telefonbatteri kan eksplodere: et dybere kig

For nylig blev der rapporteret om en sag af 9to5Mac, hvor en cyklist led et tredje grads forbrænding på hans ben på grund af hans iPhone 6, der fyrede op. Nyheden om spontant ildfangende telefonbatterier er ikke noget nyt, der er dækket omfattende før sammen med nogle forfærdelige fotos af brændte ofre. Alligevel er luften ikke klar, og vi vil forsøge at forklare det faktiske videnskabelige fænomen, der fører til eksplosioner minus nogen af ​​de fotos, der kan gøre dig kvalm.

Kernebatterieteknologien i smartphone har ikke set nogen banebrydende fremskridt i de sidste to årtier, men alt omkring det er kommet skrider og skridt. Fra batteristyring, opladningsmetoder til endda kablerne med indbyggede IC'er, giver vi strøm til vores batterier på den mest sofistikerede måde i dag.

Så det rejser spørgsmålet, hvorfor kan vi ikke forhindre, at disse forbandede batterier slukker sig selv og noget i nærheden af ​​røg og flammer? Nå for at besvare det spørgsmål, er vi nødt til at dykke ned i gymnasiets videnskab, ikke halshøj, men taljehøj.

Lithium-ion-batterier er 'stramme'

Struktur af Li-ion-batteri spiller en meget vigtig rolle i forståelsen af, hvorfor Lithium-ion-batterier leveres med så mange advarsler. Som vist på nedenstående billede, Anode & Cathode, er de to grundlæggende komponenter i batteriet i form af ark. Et porøst "Separator" ark er til stede mellem de to for at forhindre kortslutning. Hele denne kombination af Anode-Separator-Cathode er stablet flere gange i det få mm tykkelse på dit gennemsnitlige smartphonebatteri.

En sådan tæt pakning tillader flere tusinde mAh kapacitet i bare få mm tykkelse, men er også en uundgåelig opskrift på katastrofe, som vi snart vil se.

The Bane: Termisk løb

I ethvert batteri, hvis anode og katode kommer i direkte kontakt med hinanden, opstår der en kortslutning. Dette er dårligt for batteriet, da det øger batteriets interne temperatur. Og i tilfælde af Li-ion-batterier er det værre, da dette starter en cyklus med selvudladning, hvilket yderligere øger temperaturen. Dette kaldes 'Thermal Runaway'. Og dette fungerer som en forløber for eksplosioner.

Her er den tætpakede struktur af Lithium Ion-batterier sin egen fjende, da anodekatoden holdes fra hinanden bare ved en meget tynd separator. Også den høje energitæthed af Li-ion-batterier fungerer som brændstof til ilden, når Thermal Runaway starter.

De vigtigste grunde til, at det kunne eksplodere

Disse genererede gasser forårsager opbygning af trykket inde i batteriet, hvilket i sidste ende fører til en eksplosion.

Kortslutning i et batteri forekommer ikke af sig selv. Et antal faktorer, der spænder fra fremstillingsprocessen til eksterne faktorer, såsom opladning og arbejdsmiljø, er ansvarlige, som er uddybet nedenfor.

Fremstillingsfejl

Først på listen over årsager, der får dit batteri til at gå boom, er det svagt i produktionskvaliteten og processen. Dette er også den dominerende årsag, der gentager det faktum, at billigere batterier og telefoner er mere modtagelige for det. Selvom det ikke er raketvidenskab at fremstille en Li-ion-celle, skal der stadig opretholdes et niveau af QC, da de involverede materialer er farlige og ustabile (Lithium).

Billigere batterier anvender generelt en separator af ringere kvalitet, som nedbrydes hurtigt og forårsager kortslutning. Sådanne batterier samles heller ikke i rene omgivelser, hvilket medfører afsætning af partikler rundt om terminalerne, hvilket igen fører til kortslutning. Det ydre hus er heller ikke op til mærket og er utilstrækkeligt til at opretholde stumpe kræfter og slag.

Opladningspraksis

Vil du holde din telefon opladet natten over eller tømme den til 1%? Hvis du gør begge disse ting, skal du ikke bekymre dig, det riser ikke din telefon, men påvirker kun batteriets helbred over tid. Li-ion-batterier er fredelige i området 3, 7 til 4, 2 volt, men opladning af dem over 5 volt eller udladning af dem under 3, 2 volt vil provosere dem.

Alle smartphones i dag har indbygget kredsløb for at afværge spændingen, der går ud over grænserne, men igen i billigere og ikke-standardversioner er disse kredsløb først gået kaput. Ikke-standardopladere er også lige så farlige, endnu mere fordi det involverer netforsyningen, som kan være dødbringende for dig såvel som dit batteri.

iPhone-brugere: Vi har en dedikeret guide til opladning af iPhones på den rigtige måde.

Fysisk skade

Hvis vi ser på historien med stegte telefonsager, betragtes grundårsagen generelt som at batteriet på telefonen er ikke-standard eller falsk. Men at se, som en iPhone er den skyldige i den aktuelle sag, kan vi udelukke det. Hvad der ligner den sandsynlige årsag er den hårde påvirkning fra faldet, der fører til brud på separatoren og kortslutning i stor skala. Derfor tilrådes du ikke at hamre din telefon i form af raseri.

Batterisnakker

Endelig skal der også siges lidt om varme. Et perfekt fint batteri af høj kvalitet vil også gennemgå Thermal Runaway, hvis den eksterne temperatur forbliver over 60 grader Celsius i lang tid. Så undgå at placere din telefon i nærheden af ​​pejse, rumvarmere eller i solen i længere tid.

Følgende tabel fra BatteryUniversity hjælper dig med hensyn til de sikre temperaturer.

Men hvorfor eksplosionen?

Uden at gå nærmere ind på tekniske ting, når varmen inde i batteriet stiger på grund af en af ​​ovenstående grunde. På grund af det iboende fænomen Runaway kan varmen indeni endvidere nå op til 150 grader Celsius (302 F).

Ved denne temperatur smelter separatoren mellem pladerne, hvilket forårsager kortslutning i større skala.

Smelteseparatoren og superopvarmet elektrolyt gennemgår nogle superkompleks kemiske reaktioner, der producerer nogle gasser. Disse genererede gasser forårsager opbygning af trykket inde i batteriet, hvilket i sidste ende fører til en eksplosion. Men det er ikke altid resultatet, nogle gange kan batteriet bare bule ud og svigte.

1. Brug en Halon, Halon-erstatning eller vandslukningsapparat til at slukke ilden og forhindre, at den spreder sig til yderligere brandfarlige materialer.

2. Efter slukning af ilden, skal du enge apparatet med vand eller andre ikke-alkoholholdige væsker for at afkøle enheden og forhindre yderligere battericeller i at nå termisk løb.

Og i alle uheldige tilfælde beslutter noget batteri i din nærhed at starte selvforbrænding, bør ovenstående råd fra FAA (PDF-fil) følges for at dæmpe ilden.

Så hvad har vi lært?

En ting, vi kan konkludere, er, at underparameterbatterier og komponenter spiller en vigtig rolle i fejlene. Billige opladere og kabler er ligeledes ansvarlige. Men at holde din telefon tilsluttet i længere tid vil ikke forårsage dette. Og målbevidst beskadigende batterier, ja, de kommer under kategorien Idiots at Work, som intet kan gøres på. Heller ikke ethvert batteri, der fungerer korrekt, bliver ikke til TNT, nogle bare bule, lækker eller stopper med at arbejde.

Jeg håber, at denne forklarende har besvaret spørgsmålet i titlen videnskabeligt. Hvis du har endnu mere brændende spørgsmål, er du velkommen til at ringe til os gennem kommentarer. God og sikker opladning.

LÆS OGSÅ: Kunne en bærbar powerbank redde din ferie som den gemte mine?