Hvorfor et telefonbatteri kan eksplodere: et dypere blikk

Nylig ble det rapportert om en sak av 9to5Mac der en syklist fikk tredjegradsforbrenninger på benet på grunn av at iPhone 6 hans tok fyr. Nyheten om spontant brannfangende telefonbatterier er ikke noe nytt, dekkes mye før sammen med noen forferdelige bilder av brente ofre. Likevel er luften ikke klar, og vi vil prøve å forklare det faktiske vitenskapelige fenomenet som fører til eksplosjoner minus noen av de bildene som kan gjøre deg kvalm.

Kjernebatteriet på smarttelefonen har ikke sett noen banebrytende fremgang de siste to tiårene, men alt rundt det har kommet fremover. Fra batteristyring, lademetoder til til og med kabler med innebygde IC-er, mater vi strøm til batteriene våre på den mest sofistikerte måten i dag.

Så det stiller spørsmålet, hvorfor kan vi ikke holde disse forbaskede batteriene fra å rive seg selv og noe i nærheten i røyk og flammer? Vel for å svare på det spørsmålet vi trenger å dykke ned i videregående skole, ikke nakkedyp, men midjehøyt.

Litiumionbatterier er "tette"

Struktur av Li-ion-batteri spiller en veldig viktig rolle i forståelsen av hvorfor litium-ion-batterier kommer med så mange advarsler. Som vist på bildet nedenfor, Anode & Cathode, er de to grunnleggende komponentene i batteriet i form av ark. Et porøst "skilleark" ark er til stede mellom de to for å forhindre kortslutning. Hele kombinasjonen av Anode-Separator-Cathode er stablet flere ganger i noen få mm tykkelse på ditt gjennomsnittlige smarttelefonbatteri.

Slik tett pakking tillater flere tusen mAh kapasitet i bare få mm tykkelse, men er også en uunngåelig oppskrift på katastrofe som vi snart vil se.

The Bane: Thermal Runaway

I hvilket som helst batteri, hvis anode og katode kommer i direkte kontakt med hverandre, oppstår en kortslutning. Dette er dårlig for batteriet, da det øker batteriets indre temperatur. Og når det gjelder Li-ion-batterier, er det verre da dette starter en syklus med selvutladning, noe som øker temperaturen ytterligere. Dette kalles 'Thermal Runaway'. Og dette fungerer som en forløper for eksplosjoner.

Her er den tettpakete strukturen til litiumionbatterier sin egen fiende, da anodekatoden holdes fra hverandre bare av en veldig tynn separator. Også den høye energitettheten til Li-ion-batterier fungerer som brensel for brannen, når Thermal Runaway starter.

De viktigste grunnene til at det kan eksplodere

Disse gassene som genereres forårsaker oppbygging av trykket inne i batteriet og fører til slutt til en eksplosjon.

Kortslutning i et batteri oppstår ikke av seg selv. En rekke faktorer som strekker seg fra produksjonsprosessen til eksterne faktorer, for eksempel lading og arbeidsmiljø, er ansvarlige, som er utdypet nedenfor.

Produksjonsfeil

Først på listen over årsaker som får batteriet til å gå i sving, er det slakt med å produsere kvalitet og prosess. Dette er også den dominerende årsaken som gjenspeiler det faktum at billigere batterier og telefoner er mer utsatt for det. Selv om det ikke er rakettvitenskap å produsere en Li-ion-celle, må fortsatt noe nivå av QC opprettholdes ettersom materialene som er involvert er farlige og ustabile (litium).

Billigere batterier bruker vanligvis en separator av dårligere kvalitet, som forringes raskt og forårsaker kortslutning. Slike batterier er heller ikke satt sammen i rene omgivelser som forårsaker avsetning av partikler rundt terminalene igjen som fører til kortslutning. Det ytre foringsrøret er heller ikke opp til merket og er utilstrekkelig for å opprettholde stumpe krefter og støt.

Ladepraksis

Vil du holde telefonen din for å lade over natten eller tømme den til 1%? Hvis du gjør begge disse tingene, ikke bekymre deg, den vil ikke riste telefonen din, men vil bare påvirke batteriets helse over tid. Li-ion-batterier er fredelige i området 3, 7 til 4, 2 volt, men å lade dem over 5 volt eller tømme dem under 3, 2 volt vil provosere dem.

Alle smarttelefoner i dag har innebygde kretsløp for å avverge spenningen som går utover grensene, men i billigere og ikke-standardversjoner er disse kretsene først kaput. Ikke-standardladere er også like farlige, enda mer fordi det innebærer strømforsyning, som kan være dødelig både for deg og batteriet.

iPhone-brukere: Vi har en dedikert guide til å lade iPhoner på riktig måte.

Fysisk skade

Hvis vi ser på historien til stekte telefonsaker, blir grunnårsaken generelt ansett å være batteri på telefonen som ikke-standard eller falsk. Men å se som en iPhone er den skyldige i den aktuelle saken, kan vi utelukke det. Det som ser ut som den sannsynlige årsaken er den harde påvirkningen fra fallet, noe som fører til brudd på separatoren og kortslutning i stor skala. Derfor anbefales du ikke å hamre telefonen din i form av raseri.

Batteri smasher

Til slutt skal det også sies litt om varme. Et perfekt fint batteri av høy kvalitet vil også gjennomgå Thermal Runaway hvis den eksterne temperaturen holder seg over 60 grader Celsius i lang tid. Unngå å plassere telefonen i nærheten av peiser, romvarmer eller i solen i lengre tid.

Tabellen nedenfor fra BatteryUniversity guider deg angående de sikre temperaturene.

Men hvorfor eksplosjonen?

Uten å gå mer inn på tekniske ting, når varmen inne i batteriet øker på grunn av en av de ovennevnte grunnene til at Thermal Runaway oppstår. På grunn av det iboende fenomenet Runaway, kan varmen inne komme opp i 150 grader Celsius.

Ved denne temperaturen smelter skillet mellom arkene, noe som forårsaker kortslutning i større skala.

Smelteseparatoren og superoppvarmet elektrolytt gjennomgår noen superkompleks kjemiske reaksjoner som produserer noen gasser. Disse gassene som genereres forårsaker oppbygging av trykket inne i batteriet og fører til slutt til en eksplosjon. Men det er ikke alltid resultatet, noen ganger kan batteriet bare bule ut og svikte.

1. Bruk en Halon, Halon-erstatning eller vannslukningsapparat for å slukke brannen og forhindre spredning til flere brennbare materialer.

2. Etter å ha slukket brannen, må du tømme enheten med vann eller andre alkoholfrie væsker for å avkjøle enheten og forhindre at flere battericeller når termisk løpsk.

Og i alle uheldige tilfeller noe batteri i din nærhet bestemmer seg for å starte selvforbrenning, bør ovennevnte råd fra FAA (PDF-fil) følges for å duse brannen.

Så hva har vi lært?

En ting vi kan konkludere med er at underparameterbatterier og komponenter spiller en viktig rolle i feilene. Billige ladere og kabler er også like ansvarlige. Men å holde telefonen koblet til lengre tid vil ikke føre til dette. Og målbevisst ødeleggende batterier, vel, de kommer under kategorien Idiots at Work som ingenting kan gjøres på. Hvert batteri som ikke fungerer, blir ikke til TNT, noen bare bule ut, lekker eller slutte å fungere.

Jeg håper denne forklareren har svart vitenskapelig på spørsmålet. Hvis du har enda flere brennende spørsmål, kan du gjerne snakke oss gjennom kommentarer. God og trygg lading.

LES OGSÅ: Kunne en bærbar kraftbank redde ferien som den reddet min?