Dlaczego wybuchają baterie smartfonów

Dlaczego wybuchają baterie smartfonów

11

Wybuch smartfonów najczęściej oceniają jako wypadek, ale te same reakcje chemiczne zawarte w podstawę działania akumulatora, można zrobić je skłonność do pożaru. Samsung otrzymała swój własny gorzkie doświadczenie, stając się ofiarą jednej z ostatnich kampanii w opinii wadliwych urządzeń, – w naszym przypadku — jej nowy smartfon Galaxy Note7, z powodu tego, że jego baterie mogą być wybuchowe.

Kiedy wybuchają baterie, najczęściej jest to wina producenta, ma niewłaściwy отнесшегося do sprawdzania komponentów na pożar. Wybuchające baterie mogą być wynikiem działań zbyt niecierpliwych firm w ich pragnienie, aby wycisnąć ostatnie soki z dostępnych technologii. Ponieważ nasze ekrany są coraz większe, a smartfony z każdym razem coraz bardziej wydajny, one potrzebują większej ilości energii, ale wielu z nas nie chce rezygnować z czasem pracy urządzenia i szybkiego ładowania.

Według Lynden Archera (Lynden Archer), naukowca-материаловеда z Cornell university (Cornell University), że już osiągnęliśmy prawie 90% maksymalnej żywotności baterii od teoretycznie możliwej do akumulatorów litowo-jonowych, dlatego producenci na różne sposoby starają się poszerzyć granice możliwości, by dodać trochę energii. «To stało się czymś w rodzaju wyścigu zbrojeń, kiedy każdy producent smartfonów chce zdobyć najwyższy czas pracy akumulatora» — mówi. — «Ten trend w dziedzinie produkcji coraz bardziej wzmacnia tendencję do nadmiernego obciążenia na baterię, więc wszystkie te przykłady niepowodzeń w pracy stają się coraz bardziej powszechne».

Samsung wyjaśnia opinię Galaxy Note7 tym, że w niektórych urządzeniach dwie części baterii, które w żadnym wypadku nie powinni stykać się, zaczęli się ze sobą kontaktować. W rzeczywistości istnieje wiele sposobów zniszczyć akumulator litowo-jonowy, i zwykle dzieje się tak dlatego, że stale wymagamy zbyt wiele od naszych urządzeń. (Baterie litowo-jonowy typu praktycznie wszędzie są używane w smartfonach i innych elektronicznych gadżetów. Inżynierowie używają li, bo jest lekki i może utrzymać dużą ilość energii).

Jak już pisaliśmy wcześniej, w Samsung podkreślił, że doniesienia o udzielenie baterii wynosi mniej niż 0,1% (24 urządzenia na 1 mln) całkowitej ilości sprzedanych urządzeń; przy tym nie ma żadnych wątpliwości, że globalna ocena — to więcej niż tylko mały szkopuł dla giganta elektroniki użytkowej. Note7 wyszedł zaledwie kilka tygodni temu i spotkała się w większości pozytywnymi opiniami.

Nie mniej ważne jest to, że Samsung udało się stworzyć zamieszanie na rynku smartfonów, na kilka tygodni przed tym, jak Apple uruchomiła swój nowy, długo oczekiwany iPhone. Teraz, udane rozpoczęcie sprzedaży Samsung był nękany przez eksplozji baterii.

Aby zrozumieć, co sprawia, że baterie są bezpieczne, warto wiedzieć, jak one działają. Istnieją dwie elektrody lub elektrycznych eksploratora plików, znajdujących się na przeciwnych stronach akumulatora. Jedna elektroda zawiera dodatnio naładowane jony i nazywa się katodą. Katoda jest wypełniona litu (jeśli dokładniej наноструктурированным катодным materiałem (litowo-żelazowo-fosforanu LiFePO4)) i to jest w nim zapisane «paliwo» akumulatora. Odwrotny elektroda zawiera ujemnie naładowane jony i nazywa się anodą.

part_1_1_ed

Podczas ładowania jony litu poruszają się od katody do anody. Gdy bateria jest w trybie pracy, cząstki litu poruszają się w przeciwnym kierunku. Przestrzeń między elektrodami wypełnione substancją chemiczną, zwaną elektrolitem, który przewodzi prąd, przyczyniając się do bardziej łatwego przenoszenia jonów pomiędzy dwoma elektrodami. Nie zważając na to, że jony muszą poruszać się z boku na bok, anoda i katoda sami nigdy nie stykają się ze sobą, w przeciwnym razie będą one przekierować energię elektrolitu. Aby zapobiec temu zjawisku, producenci akumulatorów umieszczone między nimi przegrody.

Przyczyną incydentu z Galaxy Note7 stały się prawidłowo dobrane ograniczniki, wskutek czego obie elektrody zaczynali się ze sobą stykać (okazały się закорочены). «To najgorsza opcja ze wszystkich możliwych błędów, ponieważ, to z pewnością może doprowadzić do pożaru, a nawet wybuchu» — powiedział Archer. Gdy elektrody dotykają, cała wytwarzana energia jest wydmuchiwane w akumulatorze i idzie bezpośrednio do elektrolit zamiast kontaktu elektrod.

Warto przypomnieć, że elektrolit sam w sobie nie jest bardzo stabilny i jest przeznaczony do poprawy przewodzenia przepływu jonów, co również prowadzi do więcej niestabilności. Przy dużej emisji ciepła — czy to ze względu na styku dwóch elektrod, lub, na przykład, z powodu wysokiej temperatury otoczenia — może to doprowadzić do tego, że elektrolit wchodzi w reakcję z innymi substancjami i uwalniania gazu, w ten sposób uwalnia jeszcze więcej ciepła. Za każdym razem, gdy substancje chemiczne wchodzą w reakcję, gazy wytwarzają coraz więcej ciepła, temperatura zaczyna rosnąć coraz szybciej i szybciej. To stwarza niekontrolowane pozytywną informację zwrotną (tzw. «ciepła przyspieszenie baterii»), która może spowodować pożar.

Dlatego wielu smartfony są automatycznie wyłączane, przy wysokich temperaturach. Ale są i inne przyczyny, z powodu których baterii stają się wybuchowe. Oni również mogą ulegać awarii, gdy ładują się powyżej ustawionego limitu lub poziom naładowania akumulatora jest zbyt szybko.

Przeładowanie akumulatora można porównać z wypełnieniem wiadra wodą. Nieważne, z jaką prędkością lejesz, ważniejsze nie nalać zbyt dużo, w przeciwnym razie wiadro będzie pełne. W przypadku baterii przeładowania się dzieje, gdy zbyt dużo litu przechodzi do anody. To nie oznacza, że istnieje ryzyko prześwietlenia telefon, pozostawiając go podłączony na całą noc — w większości baterii przewidziane automatyczne zapobieganie przegrzaniu. Z większym prawdopodobieństwem, to niedopatrzenie producenta, która może wystąpić, gdy schemat, mający na celu zapobiec tej sytuacji, może być uszkodzona.

Dan Штеренгарц (Dan Steingart), profesor uniwersytetu w Princeton, porównuje akumulator z gumową taśmą: kiedy ładujesz baterię, растягиваете tę taśmę; gdy używasz go puścić. Także jak gumowa taśma może pęknąć, jeśli jej zbyt mocno rozciągnąć, zbyt duża ilość energii na jednej stronie może zniszczyć akumulator.

Wychodząc z powyższego, problem, co się stało z Galaxy Note7 tkwi w wysokiej prędkości. Oznacza to, że producent próbował ustawić zbyt wysoki poziom naładowania akumulatora do tak zwanej «technologii szybkiego ładowania», która stanowi zagrożenie dla baterii. (Chociaż problemy teoretycznie nie powinno tam być, w arsenale Samsung ma własną technologię szybkiego ładowania). Jeśli ładowarka z jakiegoś powodu nie jest kompatybilne z akumulatorem, to akumulator może również zamknąć. Można tego uniknąć, upewniając się, że ładowarka i bateria są przeznaczone do pracy grupowej (chyba tu warto przypomnieć incydent z chińskiej stewardesa, która zginęła od uderzenia prądem podczas ładowania iPhone несертифицированным ZU).

Przekroczenie poziomu lub zbyt wysoka prędkość ładowania mogą prowadzić do problemu pod tytułem «metalizacji». Wyobraź sobie, że akumulator — to dwie szuflady z kurzych jaj. Jony litu należy kursować z komórki do komórki między tymi dwoma przegródkami, aby bezpiecznie przechowywane wewnątrz — mówi Штеренгарц. Jeśli ładujesz akumulator powoli, litu jest czas, aby znaleźć swoje miejsce w komórkach tacy podczas gdy on porusza się tam i z powrotem. Ale przy zbyt szybkim lub zbyt dużym poziomie naładowania akumulatora litowo zacznie osadzać się na zewnętrznej stronie jaj tacy, a później i na tych osadach. Z czasem, za każdym razem, gdy подзаряжаете gadżet, akumulator litowo zaczyna gromadzić się («намывается») sam na siebie i tworzy łożysko struktury, zwane дендритами, które mogą powodować wewnętrzne zwarcie akumulatora.

Ostatni, dość powszechny przypadek awarii zdarza się, gdy firmy starają się zrobić bardziej pojemne akumulatory, generujące więcej energii poprzez zwiększenie napięcia. Napięcie jest sposób pomiaru электродвижущей siły. Wyobraź sobie, że napięcie to wysokość wodospadu, podczas gdy prąd — to ilość wody. Im wyższe napięcie, tym większa moc baterii, dlatego producenci starają się «podkręcić» dodaniem go w akumulator litowo elementów, takich jak nikiel. Ale znowu, im wyższe napięcie, tym większe prawdopodobieństwo, że elektrolity w wyniku takich działań mogą mieszają się, że doprowadzi do pożaru.

Niektórzy naukowcy pracują nad stworzeniem elektrolitu szczególnego rodzaju, który nie będzie tak łatwo się zapalić. «Te elektrolity, zwane «cieczy jonowych» wymagają o wiele więcej ciepła, aby rozpocząć pracę łatwopalny gaz» — mówi Surya Моганти (Surya Moganty), chemik, inżynier i główny pracownik ds. informatyki firmy Nohms Technology. «Często są one o wiele bezpieczniejsze, ale i tu mogą być problemy z czasem pracy na baterii» — mówi.

Jednak, podczas gdy te technologie są dostępne, większość z nas tkwią z litowo-jonowych akumulatorów. «Sam fakt, że prace te są «cudem inżynierii» — mówi Штеренгарц, — nie rozwiąże problemu niestabilności urządzenia. Wszystko, co można pomieścić w sobie tak dużo energii, a przy tym potencjalnie można uzyskać całą energię na kilka minut, należy traktować jako potencjalną bombę niezależnie od tego, z czego jest zrobione» — dodaje.

Akumulatory w technologii stale się rozwija, ale nie w tak szybkim tempie jak nasze pragnienie, aby uzyskać szybsze ładowanie i dłuższą żywotność baterii w jednym pakiecie — a to już jest problem, który powinien leżeć na barkach producentów, zobowiązanych o tym pamiętać i chronić nas od naszych runaway życzeń.

Na podstawie materiałów z The Verge