Γιατί μπορεί να εκραγεί μια μπαταρία τηλεφώνου: Μια βαθύτερη ματιά
Miscellanea / / February 14, 2022
Πρόσφατα αναφέρθηκε ένα κρούσμα από τον 9 έως 5 Mac όπου ένας ποδηλάτης υπέστη εγκαύματα τρίτου βαθμού στο πόδι του λόγω του ότι έπιασε φωτιά το iPhone 6 του. ο Νέα Οι μπαταρίες τηλεφώνων που πυρπολούν αυθόρμητα δεν είναι κάτι καινούργιο. Ωστόσο, ο αέρας δεν είναι καθαρός και θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε το πραγματικό επιστημονικό φαινόμενο που οδηγεί στις εκρήξεις μείον οποιαδήποτε από αυτές τις φωτογραφίες που μπορεί να σας προκαλέσουν ναυτία.
Η βασική τεχνολογία μπαταριών στα smartphone δεν έχει δει καμία πρωτοποριακή πρόοδο τις τελευταίες δύο δεκαετίες, αλλά τα πάντα γύρω της έχουν προχωρήσει άλματα και όρια. Από τη διαχείριση της μπαταρίας, τις μεθόδους φόρτισης μέχρι και τα καλώδια με ενσωματωμένα IC, τροφοδοτούμε τις μπαταρίες μας με τον πιο εξελιγμένο τρόπο σήμερα.
Οπότε τίθεται το ερώτημα, γιατί δεν μπορούμε να αποτρέψουμε αυτές τις καταραμένες μπαταρίες από τον καπνό και τις φλόγες; Λοιπόν, για να απαντήσουμε σε αυτή την ερώτηση, πρέπει να βουτήξουμε στην επιστήμη του γυμνασίου, όχι μέχρι τον λαιμό αλλά μέχρι τη μέση.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι «σφιχτές»
Η δομή της μπαταρίας ιόντων λιθίου παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην κατανόηση του γιατί οι μπαταρίες ιόντων λιθίου συνοδεύονται από τόσες πολλές προειδοποιήσεις. Όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα, Άνοδος & Κάθοδος, τα δύο βασικά εξαρτήματα της μπαταρίας είναι σε μορφή φύλλων. Ένα πορώδες φύλλο «Διαχωριστή» υπάρχει μεταξύ των δύο για την αποφυγή βραχυκυκλώματος. Όλος αυτός ο συνδυασμός Άνοδος-Διαχωριστής-Κάθοδος στοιβάζεται πολλές φορές στα λίγα χιλιοστά του πάχους της μέσης μπαταρίας του smartphone σας.
Μια τέτοια σφιχτή συσκευασία επιτρέπει τη χωρητικότητα πολλών χιλιάδων mAh σε πάχος μόλις λίγων mm, αλλά είναι επίσης μια αναπόφευκτη συνταγή για καταστροφή, όπως θα δούμε σύντομα.
The Bane: Thermal Runaway
Σε οποιαδήποτε μπαταρία, εάν η άνοδος και η κάθοδος έρθουν σε άμεση επαφή μεταξύ τους, εμφανίζεται βραχυκύκλωμα. Αυτό είναι κακό για την μπαταρία καθώς αυξάνει την εσωτερική θερμοκρασία της μπαταρίας. Και στην περίπτωση των μπαταριών Li-ion, είναι χειρότερο καθώς ξεκινά ένας κύκλος αυτοεκφόρτισης, αυξάνοντας περαιτέρω τη θερμοκρασία. Αυτό ονομάζεται «Thermal Runaway». Και αυτό λειτουργεί ως προπομπός εκρήξεων.
Εδώ, η στενά συσκευασμένη δομή των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι ο δικός της εχθρός, καθώς η άνοδος-κάθοδος διατηρείται χωριστά μόνο από έναν πολύ λεπτό διαχωριστή. Επίσης, η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών Li-ion λειτουργεί ως καύσιμο για τη φωτιά, μόλις ξεκινήσει το Thermal Runaway.
Οι κύριοι λόγοι για τους οποίους μπορεί να εκραγεί
Αυτά τα αέρια που δημιουργούνται προκαλούν συσσώρευση της πίεσης μέσα στην μπαταρία που οδηγεί τελικά σε έκρηξη.
Το βραχυκύκλωμα σε μια μπαταρία δεν συμβαίνει από μόνο του. Ένας αριθμός παραγόντων που κυμαίνονται από τη διαδικασία παραγωγής έως εξωτερικούς παράγοντες, όπως η φόρτιση και το εργασιακό περιβάλλον είναι υπεύθυνοι, οι οποίοι αναλύονται παρακάτω.
Κατασκευαστικά ελαττώματα
Πρώτη στη λίστα των αιτιών που κάνουν την μπαταρία σας να εκτινάσσεται είναι η χαλαρή ποιότητα και η διαδικασία κατασκευής. Αυτή είναι επίσης η κυρίαρχη αιτία που απηχεί το γεγονός ότι οι φθηνότερες μπαταρίες και τα τηλέφωνα είναι πιο ευαίσθητα σε αυτό. Αν και η κατασκευή κυψελών ιόντων λιθίου δεν είναι επιστήμη πυραύλων, πρέπει να διατηρηθεί κάποιο επίπεδο QC καθώς τα υλικά που εμπλέκονται είναι επικίνδυνα και ασταθή (λίθιο).
Οι φθηνότερες μπαταρίες χρησιμοποιούν γενικά διαχωριστή κατώτερης ποιότητας, ο οποίος υποβαθμίζεται γρήγορα, προκαλώντας βραχυκύκλωμα. Τέτοιες μπαταρίες επίσης δεν συναρμολογούνται σε καθαρά περιβάλλοντα προκαλώντας εναπόθεση σωματιδίων γύρω από τους ακροδέκτες και πάλι σε βραχυκύκλωμα. Το εξωτερικό περίβλημα επίσης δεν είναι κατάλληλο και είναι ανεπαρκές για να αντέξει αμβλείς δυνάμεις και κρούσεις.
Πρακτικές χρέωσης
Διατηρείτε το τηλέφωνό σας για φόρτιση κατά τη διάρκεια της νύχτας ή αδειάζετε το 1%; Εάν κάνετε και τα δύο αυτά πράγματα, μην ανησυχείτε, δεν θα φρυγανίσει το τηλέφωνό σας, αλλά θα επηρεάσει μόνο την υγεία της μπαταρίας σας με την πάροδο του χρόνου. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι ειρηνικές στην περιοχή από 3,7 έως 4,2 βολτ, αλλά η φόρτισή τους με 5 βολτ ή η εκφόρτισή τους κάτω από 3,2 βολτ θα τους προκαλέσει.
Όλα τα smartphone σήμερα έχουν ενσωματωμένο κύκλωμα για να αποτρέψουν την υπέρβαση της τάσης πέρα από τα όρια, αλλά και πάλι σε φθηνότερες και μη τυποποιημένες εκδόσεις, αυτά τα κυκλώματα είναι τα πρώτα σε λειτουργία. Οι μη τυποποιημένοι φορτιστές είναι επίσης εξίσου επικίνδυνοι, ακόμη περισσότερο επειδή περιλαμβάνει την παροχή ρεύματος, η οποία μπορεί να είναι θανατηφόρα για εσάς καθώς και για την μπαταρία σας.
Χρήστες iPhone: Έχουμε ένα αφιερωμένο οδηγός για τη φόρτιση iPhone ο σωστός τρόπος.
Σωματική βλάβη
Αν κοιτάξουμε το ιστορικό των τηγανητών θηκών τηλεφώνου, η βασική αιτία θεωρείται γενικά ότι η μπαταρία του τηλεφώνου είναι μη τυπική ή ψεύτικη. Όμως, θεωρώντας ότι το iPhone είναι ο ένοχος στην παρούσα περίπτωση, μπορούμε να το αποκλείσουμε. Αυτό που μοιάζει με την πιθανή αιτία είναι η ισχυρή πρόσκρουση από την πτώση, που οδηγεί σε ρήξη του διαχωριστή και βραχυκύκλωμα μεγάλης κλίμακας. Γι' αυτό σας συμβουλεύουμε να μην σφυρώνετε το τηλέφωνό σας σε κατάσταση θυμού.
Θραύση μπαταρίας
Τέλος, πρέπει να πούμε λίγα λόγια για τη ζέστη. Μια απολύτως καλή, υψηλής ποιότητας μπαταρία θα υποστεί επίσης θερμική διαφυγή εάν η εξωτερική θερμοκρασία παραμείνει πάνω από 60 βαθμούς Κελσίου για παρατεταμένο χρονικό διάστημα. Αποφύγετε λοιπόν να τοποθετείτε το τηλέφωνό σας κοντά σε τζάκια, θερμάστρες δωματίου ή στον ήλιο για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Ο παρακάτω πίνακας από το BatteryUniversity σας καθοδηγεί σχετικά με τις ασφαλείς θερμοκρασίες.
Αλλά γιατί η έκρηξη;
Χωρίς να ασχοληθούμε περισσότερο με τεχνικά θέματα, όταν, λόγω οποιουδήποτε από τους παραπάνω λόγους εμφανίζεται το Thermal Runaway, η θερμότητα στο εσωτερικό της μπαταρίας αυξάνεται. Επιπλέον, λόγω του εγγενούς φαινομένου του Runaway, η θερμότητα στο εσωτερικό μπορεί να φτάσει έως και 150 βαθμοί Κελσίου (302 F).
Σε αυτή τη θερμοκρασία ο διαχωριστής μεταξύ των φύλλων λιώνει, προκαλώντας βραχυκύκλωμα σε μεγαλύτερη κλίμακα.
Ο διαχωριστής τήξης και ο υπερθερμασμένος ηλεκτρολύτης υφίστανται ορισμένες εξαιρετικά πολύπλοκες χημικές αντιδράσεις που παράγουν ορισμένα αέρια. Αυτά τα αέρια που δημιουργούνται προκαλούν συσσώρευση της πίεσης μέσα στην μπαταρία που οδηγεί τελικά σε έκρηξη. Αλλά αυτό δεν είναι πάντα το αποτέλεσμα, μερικές φορές η μπαταρία μπορεί απλώς να διογκωθεί και να αποτύχει.
1. Χρησιμοποιήστε αντικατάσταση Halon, Halon ή πυροσβεστήρα νερού για να σβήσετε τη φωτιά και να αποτρέψετε την εξάπλωσή της σε πρόσθετα εύφλεκτα υλικά.
2. Αφού σβήσετε τη φωτιά, ρίξτε τη συσκευή με νερό ή άλλα μη αλκοολούχα υγρά για να κρυώσει η συσκευή και να αποτρέψετε επιπλέον στοιχεία μπαταρίας από το να φτάσουν σε θερμική διαφυγή.
Και σε κάθε ατυχές γεγονός κάποια μπαταρία στην περιοχή σας αποφασίζει να ξεκινήσει την αυτοκαύση, η παραπάνω συμβουλή από FAA (αρχείο PDF) πρέπει να ακολουθήσετε για να σβήσετε τη φωτιά.
Τι Μάθαμε λοιπόν;
Ένα πράγμα που μπορούμε να συμπεράνουμε είναι ότι οι κατώτερες μπαταρίες και τα εξαρτήματα παίζουν σημαντικό ρόλο στις βλάβες. Φτηνοί φορτιστές και τα καλώδια είναι επίσης εξίσου υπεύθυνα. Αλλά το να διατηρείτε το τηλέφωνό σας συνδεδεμένο για μεγάλο χρονικό διάστημα δεν θα το προκαλέσει αυτό. Και οι μπαταρίες που βλάπτουν σκόπιμα, και αυτές βρίσκονται κάτω από το Ηλίθιοι στη δουλειά κατηγορία για την οποία δεν μπορεί να γίνει τίποτα. Επίσης, κάθε δυσλειτουργία της μπαταρίας δεν μετατρέπεται σε TNT, μερικές απλώς διογκώνονται, διαρρέουν ή σταματούν να λειτουργούν.
Ελπίζω ότι αυτός ο επεξηγητής έχει απαντήσει στην ερώτηση στον τίτλο, επιστημονικά. Εάν έχετε ακόμα πιο καυτές ερωτήσεις, μη διστάσετε να μας στείλετε ping μέσω σχολίων. Χαρούμενη και ασφαλής φόρτιση.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ:Θα μπορούσε μια φορητή τράπεζα ισχύος να σώσει τις διακοπές σας όπως έσωσε τις δικές μου;
Τελευταία ενημέρωση στις 03 Φεβρουαρίου 2022
Το παραπάνω άρθρο μπορεί να περιέχει συνδέσμους συνεργατών που βοηθούν στην υποστήριξη της Guiding Tech. Ωστόσο, δεν επηρεάζει τη συντακτική μας ακεραιότητα. Το περιεχόμενο παραμένει αμερόληπτο και αυθεντικό.