Por qué la batería de un teléfono podría explotar: una mirada más profunda

Recientemente se reportó un caso por 9to5Mac en el que un ciclista sufrió quemaduras de tercer grado en la pierna debido a que su iPhone 6 se incendió. El Noticias de baterías de teléfonos que se incendian espontáneamente no es nada nuevo, cubierto extensamente antes junto con algunas fotos horrendas de víctimas quemadas. Sin embargo, el aire no está claro e intentaremos explicar el fenómeno científico real que conduce a las explosiones sin ninguna de esas fotos que podrían causarle náuseas.

La tecnología central de la batería en los teléfonos inteligentes no ha visto ningún avance innovador en las últimas dos décadas, pero todo a su alrededor ha progresado a pasos agigantados. Desde la gestión de la batería, los métodos de carga hasta la uniformidad de los cables con circuitos integrados, estamos alimentando energía a nuestras baterías de la manera más sofisticada en la actualidad.

Entonces surge la pregunta, ¿por qué no podemos evitar que estas malditas baterías se envuelvan a sí mismas y a todo lo que esté cerca en humo y llamas? Bueno, para responder a esa pregunta, debemos sumergirnos en la ciencia de la escuela secundaria, no hasta el cuello sino hasta la cintura.

Las baterías de iones de litio están "apretadas"

La estructura de la batería de iones de litio juega un papel muy importante para comprender por qué las baterías de iones de litio vienen con tantas advertencias. Como se muestra en la imagen de abajo, ánodo y cátodo, los dos componentes básicos de la batería están en forma de láminas. Hay una lámina porosa de "separador" entre los dos para evitar cortocircuitos. Toda esta combinación de Ánodo-Separador-Cátodo se apila varias veces en los pocos milímetros de grosor de la batería promedio de un teléfono inteligente.

 Un empaque tan apretado permite varios miles de mAh de capacidad en solo unos pocos mm de grosor, pero también es una receta inevitable para el desastre, como pronto veremos.

The Bane: Fuga termal

En cualquier batería, si el ánodo y el cátodo entran en contacto directo entre sí, se produce un cortocircuito. Esto es malo para la batería ya que aumenta la temperatura interna de la batería. Y en el caso de las baterías de Li-ion, es peor ya que se inicia un ciclo de autodescarga, aumentando aún más la temperatura. Esto se llama 'Fugitivo térmico'. Y esto actúa como un precursor de las explosiones.

Aquí, la estructura compacta de las baterías de iones de litio es su propio enemigo, ya que el ánodo y el cátodo se mantienen separados solo por un separador muy delgado. Además, la alta densidad de energía de las baterías de iones de litio actúa como combustible para el fuego, una vez que se inicia Thermal Runaway.

Las razones principales por las que podría explotar

Estos gases generados provocan una acumulación de presión dentro de la batería que finalmente conduce a una explosión.

El cortocircuito en una batería no ocurre por sí solo. Son responsables una serie de factores que van desde el proceso de fabricación hasta factores externos, como la carga y el entorno de trabajo, que se detallan a continuación.

Defectos de fabricación

La primera en la lista de causas que hace que su batería se dispare es la flojedad en la calidad y el proceso de fabricación. Esta es también la causa dominante que se hace eco del hecho de que las baterías y los teléfonos más baratos son más susceptibles a ella. Si bien la fabricación de una celda de iones de litio no es ciencia espacial, aún se debe mantener cierto nivel de control de calidad ya que los materiales involucrados son peligrosos e inestables (litio).

Las baterías más baratas generalmente emplean un separador de calidad inferior, que se degrada rápidamente y provoca un cortocircuito. Dichas baterías tampoco se ensamblan en entornos limpios, lo que provoca la deposición de partículas alrededor de los terminales, lo que nuevamente provoca un cortocircuito. La carcasa externa tampoco está a la altura y es inadecuada para soportar fuerzas e impactos contundentes.

Prácticas de carga

¿Mantener su teléfono para cargarlo durante la noche o drenarlo hasta el 1%? Si hace ambas cosas, no se preocupe, no hará que su teléfono se tueste, sino que solo afectará la salud de su batería con el tiempo. Las baterías de iones de litio son tranquilas en el rango de 3,7 a 4,2 voltios, pero cargarlas por encima de los 5 voltios o descargarlas por debajo de los 3,2 voltios las provocará.

Todos los teléfonos inteligentes de hoy tienen circuitos integrados para evitar que el voltaje supere los límites, pero nuevamente en versiones más baratas y no estándar, estos circuitos son los primeros en fallar. Los cargadores no estándar también son igualmente peligrosos, más aún porque involucran el suministro de red, lo que puede ser letal para usted y su batería.

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Daño físico

Si observamos el historial de fundas de teléfonos fritas, generalmente se considera que la causa raíz es que la batería del teléfono no es estándar o es falsa. Pero dado que un iPhone es el culpable en el presente caso, podemos descartarlo. Lo que parece ser la causa probable es el fuerte impacto de la caída, que provocó la ruptura del separador y un cortocircuito a gran escala. Es por eso que se le recomienda no golpear su teléfono en un ataque de ira.

Aplastador de batería

Finalmente, también se debe decir un poco sobre el calor. Una batería perfectamente fina y de alta calidad también sufrirá una fuga térmica si la temperatura externa permanece por encima de los 60 grados centígrados durante un tiempo prolongado. Por lo tanto, evite colocar su teléfono cerca de chimeneas, calefactores o al sol durante mucho tiempo.

La siguiente tabla de BatteryUniversity lo guía con respecto a las temperaturas seguras.

Pero, ¿por qué la explosión?

Sin entrar más en cuestiones técnicas, cuando, debido a cualquiera de las razones anteriores, se produce una fuga térmica, el calor en el interior de la batería aumenta. Además, debido al fenómeno inherente de Runaway, el calor en el interior puede alcanzar hasta 150 grados Celsius (302 F).

A esta temperatura se funde el separador entre las hojas, provocando un cortocircuito a mayor escala.

El separador de fusión y el electrolito supercalentado experimentan algunas reacciones químicas supercomplejas que producen algunos gases. Estos gases generados provocan una acumulación de presión dentro de la batería que finalmente conduce a una explosión. Pero ese no es siempre el resultado, a veces la batería puede abultarse y fallar.

1. Utilice un halón, un reemplazo de halón o un extintor de agua para extinguir el fuego y evitar que se propague a otros materiales inflamables.

2. Después de extinguir el fuego, rocíe el dispositivo con agua u otros líquidos no alcohólicos para enfriarlo y evitar que las celdas adicionales de la batería alcancen una fuga térmica.

Y en cualquier caso desafortunado, alguna batería en su vecindad decide iniciar la autocombustión, el consejo anterior de FAA (archivo PDF) debe seguirse para apagar el fuego.

¿Entonces que hemos aprendido?

Una cosa que podemos concluir es que las baterías y los componentes de baja calidad juegan un papel importante en las fallas. Cargadores baratos y los cables también son igualmente responsables. Pero mantener el teléfono enchufado durante mucho tiempo no provocará esto. Y dañar las baterías a propósito, bueno, esas vienen bajo el idiotas en el trabajo categoría sobre la que no se puede hacer nada. Además, cada mal funcionamiento de la batería no se convierte en TNT, algunos simplemente se abultan, tienen fugas o dejan de funcionar.

Espero que este explicador haya respondido científicamente a la pregunta del título. Si tiene aún más preguntas candentes, no dude en enviarnos un ping a través de los comentarios. Carga feliz y segura.

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Última actualización el 03 febrero, 2022

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