Proč by baterie telefonu mohla explodovat: hlubší pohled

Nedávno byl hlášen případ 9to5Mac, kdy cyklista utrpěl popáleniny třetího stupně na noze v důsledku jeho ohně v iPhone 6. Zprávy o spontánních požárech telefonních baterií nejsou ničím novým, do značné míry předtím pokrytým několika strašlivými fotografiemi spálených obětí. Přesto vzduch není jasný a my se pokusíme vysvětlit skutečný vědecký fenomén, který vede k výbuchu mínus některá z těch fotografií, které by vás mohly způsobit nevolnost.

Technologie jádrových baterií v chytrých telefonech v posledních dvou desetiletích neviděla žádný průlomový pokrok, ale vše kolem ní prošlo skokem a mezemi. Od správy baterií přes metody nabíjení až po kabely s integrovanými integrovanými obvody, dnes napájíme naše baterie velmi sofistikovaným způsobem.

Vyvstává tedy otázka, proč nemůžeme zabránit tomu, aby tyto zatracené baterie pohltily sebe a cokoli v okolí kouřem a plameny? Abychom mohli odpovědět na tuto otázku, musíme se ponořit do středoškolské vědy, ne do krku, ale do pasu.

Lithium-iontové baterie jsou „těsné“

Struktura Li-ion baterie hraje velmi důležitou roli v pochopení toho, proč lithium-iontové baterie přicházejí s tolika varováními. Jak je vidět na obrázku níže, Anode & Cathode, dvě základní součásti baterie jsou ve formě listů. Mezi těmito dvěma fóliemi je umístěna porézní vrstva „Separator“, která zabraňuje zkratu. Celá tato kombinace anodového odlučovače a katody je několikanásobně naskládána do několika mm tloušťky vaší průměrné baterie smartphonu.

Takové těsné balení umožňuje několik tisíc mAh kapacity v několika mm tloušťce, ale také je nevyhnutelným receptem na katastrofu, jak brzy uvidíme.

The Bane: Thermal Runaway

Pokud v jakékoli baterii dojde k přímému kontaktu anody a katody, dojde ke zkratu. To je pro baterii špatné, protože zvyšuje vnitřní teplotu baterie. A v případě Li-ion baterií je to horší, protože to zahajuje cyklus samovybíjení, což dále zvyšuje teplotu. Tomu se říká 'Thermal Runaway'. A to funguje jako předchůdce explozí.

Zde je těsně nabitá struktura lithium-iontových baterií vlastním nepřítelem, protože anodová katoda je oddělena jen velmi tenkým odlučovačem. Jakmile palivo Thermal Runaway začne, působí jako palivo pro oheň také vysoká hustota energie lithium-iontových baterií.

Hlavní důvody, proč by to mohlo explodovat

Tyto vzniklé plyny způsobují hromadění tlaku uvnitř baterie, což nakonec vede k explozi.

Zkrat v baterii sám o sobě nenastane. Odpovědné jsou četné faktory od výrobního procesu po externí faktory, jako je nabíjení a pracovní prostředí, které jsou podrobněji rozvedeny níže.

Výrobní vady

První v seznamu příčin, které způsobují rozmach vaší baterie, je nízká kvalita výroby a proces. To je také dominantní příčina, která odráží skutečnost, že levnější baterie a telefony jsou na ni citlivější. Zatímco výroba Li-ionové buňky není raketovou vědou, je třeba zachovat určitou úroveň QC, protože použité materiály jsou nebezpečné a nestabilní (lithium).

Levnější baterie obvykle používají odlučovač nižší kvality, který se rychle degraduje a způsobuje zkrat. Takové baterie se také nesestavují v čistém prostředí, což způsobuje usazování částic kolem terminálů, což opět vede ke zkratování. Vnější plášť také není až po značku a není dostatečný k udržení tupých sil a nárazů.

Postupy nabíjení

Udržujete telefon pro nabíjení přes noc nebo jeho vypouštění do 1%? Pokud uděláte obě tyto věci, nebojte se, nebude to váš telefon opékat, ale časem ovlivní pouze zdraví vaší baterie. Li-ion baterie jsou mírové v rozmezí 3, 7 až 4, 2 V, ale jejich nabíjení nad 5 V nebo vybití pod 3, 2 V je provokuje.

Všechny chytré telefony dnes mají vestavěné obvody, které mají zabránit tomu, aby napětí překračovalo meze, ale opět v levnějších a nestandardních verzích jsou tyto obvody prvními, které kaputují. Nestandardní nabíječky jsou také stejně nebezpečné, ještě více proto, že se jedná o síťové napájení, které může být smrtelné pro vás i pro vaši baterii.

Uživatelé iPhone: Máme specializovaného průvodce, jak nabíjet telefony iPhone správným způsobem.

Fyzická újma

Podíváme-li se na historii smažených telefonních případů, hlavní příčinou je obecně nestandardní nebo falešná baterie telefonu. Ale v tomto případě je viník vinen, protože to můžeme vyloučit. Pravděpodobnou příčinou je tvrdý dopad pádu, který vede k prasknutí separátoru a velkému zkratu. To je důvod, proč vám doporučujeme, abyste kladivem telefon nenarazili na vztek.

Baterie

Nakonec by se také mělo říci něco o žáru. Dokonale jemná, vysoce kvalitní baterie také podléhá termálnímu úniku, pokud vnější teplota zůstane nad 60 stupňů Celsia po delší dobu. Vyhněte se proto umístění telefonu poblíž krbu, radiátoru nebo na slunce na delší dobu.

Následující tabulka z BatteryUniversity vás provede bezpečnými teplotami.

Ale proč exploze?

Aniž by šlo více o technické věci, když z některého z výše uvedených důvodů dojde k tepelnému úniku, zvýší se teplo uvnitř baterie. Kromě toho díky vnitřnímu jevu Runaway může teplo uvnitř dosáhnout až 150 stupňů Celsia (302 F).

Při této teplotě se oddělovač mezi listy roztaví a způsobuje zkrat ve větším měřítku.

Separátor tání a super zahřátý elektrolyt podléhají některým superkomplexním chemickým reakcím za vzniku některých plynů. Tyto vzniklé plyny způsobují hromadění tlaku uvnitř baterie, což nakonec vede k explozi. Ale to není vždy výsledek, někdy se baterie může jen vyboulit a selhat.

1. Použijte halon, náhradní halon nebo vodní hasicí přístroj k uhasení ohně a zabránění jeho šíření na další hořlavé materiály.

2. Po uhasení ohně vyhoďte zařízení vodou nebo jinými nealkoholickými tekutinami, abyste jej vychladli a zabránili tak dalšímu vybití bateriových článků.

A v každém nešťastném případě se některá baterie ve vašem okolí rozhodne zahájit samovznícení, výše uvedená doporučení FAA (soubor PDF) by měla být dodržena, aby se oheň uhasil.

Co jsme se naučili?

Jedna věc, kterou můžeme učinit, je, že pomocné baterie a součásti hrají hlavní roli při poruchách. Rovněž zodpovědné jsou levné nabíječky a kabely. To však nebude mít za následek dlouhodobé připojení telefonu. A cílevědomě škodlivé baterie patří do kategorie Idioti v práci, s níž nelze nic dělat. Také každé nesprávné fungování baterie se nezmění na TNT, některé jen vyboulí, unikají nebo přestanou fungovat.

Doufám, že tento vysvětlovač vědecky odpověděl na otázku v názvu. Pokud máte ještě více pálčivých otázek, neváhejte nás ping prostřednictvím komentářů. Šťastné a bezpečné nabíjení.

ALSO READ: Mohl by přenosná energetická banka zachránit vaši dovolenou, jako by to ušetřilo moje?