Hvorfor et telefonbatteri kan eksplodere: Et dybere kig

For nylig blev en sag anmeldt af 9to5Mac hvor en cyklist fik tredjegradsforbrændinger på benet på grund af, at hans iPhone 6 brød i brand. Det nyheder af spontant ildfangende telefonbatterier er ikke noget nyt, dækket grundigt før sammen med nogle forfærdelige billeder af forbrændte ofre. Alligevel er luften ikke klar, og vi vil forsøge at forklare det faktiske videnskabelige fænomen, der fører til eksplosionerne minus nogen af ​​de billeder, der kan gøre dig kvalme.

Kernebatteriteknologien i smartphone har ikke oplevet nogen banebrydende fremskridt i de sidste to årtier, men alt omkring den har gjort store fremskridt. Fra batteristyring, opladningsmetoder til selv kablerne med indbyggede IC'er, vi tilfører strøm til vores batterier på den mest sofistikerede måde i dag.

Så det rejser spørgsmålet, hvorfor kan vi ikke forhindre, at disse forbandede batterier opsluger sig selv og noget i nærheden af ​​røg og flammer? For at besvare det spørgsmål er vi nødt til at dykke ned i gymnasiets naturvidenskab, ikke i nakken, men i taljen.

Lithium-ion-batterier er 'tætte'

Li-ion-batteriets struktur spiller en meget vigtig rolle for at forstå, hvorfor lithium-ion-batterier kommer med så mange advarsler. Som vist på billedet nedenfor, Anode & Katode, 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-katode er stablet flere gange i de få mm tykkelse på dit gennemsnitlige smartphone-batteri.

 En sådan tæt pakning tillader kapaciteten på flere tusinde mAh på kun få mm's tykkelse, men er også en uundgåelig opskrift på katastrofe, som vi snart vil se.

The Bane: Thermal Runaway

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 indre temperatur. Og i tilfælde af Li-ion-batterier er det værre, da dette starter en cyklus med selvafladning, hvilket øger temperaturen yderligere. Dette kaldes 'Thermal Runaway'. Og dette fungerer som en forløber for eksplosioner.

Her er den tætpakkede struktur af Lithium Ion batterier sin egen fjende, da anode-katoden holdes adskilt blot af en meget tynd separator. Også den høje energitæthed af Li-ion-batterier fungerer som brændstof til ilden, når Thermal Runaway starter.

De vigtigste årsager til, at det kan eksplodere

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

Kortslutning i et batteri opstår ikke af sig selv. En række faktorer lige fra fremstillingsprocessen til eksterne faktorer, såsom opladning og arbejdsmiljø er ansvarlige, som uddybes nedenfor.

Fremstillingsfejl

Den første på listen over årsager, der får dit batteri til at gå op, er slap i fremstillingskvalitet og -proces. Dette er også den dominerende årsag, som gentager det faktum, at billigere batterier og telefoner er mere modtagelige for det. Selvom fremstilling af en Li-ion-celle ikke er raketvidenskab, skal der stadig opretholdes et vist 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 en kortslutning. Sådanne batterier er heller ikke samlet i rene miljøer, hvilket igen forårsager aflejring af partikler omkring terminalerne, hvilket igen fører til kortslutning. Det udvendige kabinet er heller ikke op til mærket og er utilstrækkeligt til at modstå stumpe kræfter og stød.

Opladningspraksis

Beholder du din telefon til opladning natten over eller dræner den til 1 %? Hvis du gør begge disse ting, skal du ikke bekymre dig, det vil ikke få din telefon ristet, men vil kun påvirke dit batteris helbred over tid. Li-ion-batterier er fredelige i området fra 3,7 til 4,2 volt, men opladning af dem over 5 volt eller afladning under 3,2 volt vil provokere dem.

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

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

Fysisk skade

Hvis vi ser på historien om stegte telefoncovers, anses hovedårsagen generelt for at være, at telefonens batteri ikke er standard eller falsk. Men eftersom en iPhone er synderen i den foreliggende sag, kan vi udelukke det. Det, der ligner den sandsynlige årsag, er den hårde påvirkning fra faldet, hvilket fører til brud på separatoren og kortslutning i stor skala. Det er derfor, du rådes til ikke at hamre din telefon i raserianfald.

Batteri smadrer

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

Følgende tabel fra BatteryUniversity guider dig med hensyn til sikre temperaturer.

Men hvorfor eksplosionen?

Uden at gå mere ind i tekniske ting, når der på grund af nogen af ​​ovenstående årsager til Thermal Runaway opstår, stiger varmen inde i batteriet. På grund af det iboende fænomen Runaway kan varmen indeni ydermere nå op til 150 grader Celsius (302 F).

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

Smelteseparatoren og den superopvarmede elektrolyt gennemgår nogle super komplekse 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 og svigte.

1. Brug en Halon-, Halon-erstatnings- eller vandslukker til at slukke ilden og forhindre dens spredning til yderligere brændbare materialer.

2. Efter slukning af ilden, sluk enheden med vand eller andre ikke-alkoholholdige væsker for at afkøle enheden og forhindre yderligere battericeller i at nå termisk løbsk.

Og i ethvert uheldigt tilfælde beslutter et batteri i din nærhed at starte selvforbrænding, ovenstående råd fra FAA (PDF-fil) skal følges for at slukke ilden.

Så hvad har vi lært?

En ting, vi kan konkludere, er, at subpar-batterier og komponenter spiller en stor rolle i fejlene. Billige opladere og kabler er også lige ansvarlige. Men at holde din telefon tilsluttet i længere tid vil ikke forårsage dette. Og målrettet beskadige batterier, godt de kommer under Idioter på arbejde kategori, som der ikke kan gøres noget ved. Enhver batterifejl bliver heller ikke til TNT, nogle buler bare ud, lækker eller holder op med at virke.

Jeg håber, at denne forklarer har besvaret spørgsmålet i titlen videnskabeligt. Hvis du har endnu flere brændende spørgsmål, er du velkommen til at pinge os gennem kommentarer. Glad og sikker opladning.

LÆS OGSÅ:Kunne en bærbar powerbank redde din ferie, ligesom den reddede min?

Sidst opdateret den 3. februar, 2022

Ovenstående artikel kan indeholde tilknyttede links, som hjælper med at understøtte Guiding Tech. Det påvirker dog ikke vores redaktionelle integritet. Indholdet forbliver upartisk og autentisk.