Hvorfor et telefonbatteri kan eksplodere: En dypere titt
Miscellanea / / December 02, 2021
Nylig ble det anmeldt en sak av 9to5Mac hvor en syklist fikk tredjegradsforbrenninger på benet på grunn av at iPhone 6 tok fyr. De nyheter av spontant brannfangende telefonbatterier er ikke noe nytt, dekket mye før sammen med noen grufulle bilder av forbrente ofre. Likevel er luften ikke klar, og vi vil prøve å forklare det faktiske vitenskapelige fenomenet som fører til eksplosjonene minus noen av de bildene som kan gjøre deg kvalm.
Kjernebatteriteknologien i smarttelefonen har ikke sett noen banebrytende fremskritt de siste to tiårene, men alt rundt den har gått store sprang. Fra batterihåndtering, lademetoder til til og med kablene med innebygde ICer, leverer vi strøm til batteriene våre på den mest sofistikerte måten i dag.
Så det reiser spørsmålet, hvorfor kan vi ikke holde disse fordømte batteriene fra å oppsluke seg selv og alt i nærheten i røyk og flammer? For å svare på det spørsmålet må vi dykke inn i realfag på videregående skole, ikke helt til halsen, men helt til midjen.
Litiumion-batterier er "tette"
Strukturen til Li-ion-batterier spiller en svært viktig rolle for å forstå hvorfor litium-ion-batterier kommer med så mange advarsler. Som vist i bildet nedenfor, Anode & Cathode, er de to grunnleggende komponentene til batteriet i form av ark. Et porøst "Separator"-ark er til stede mellom de to for å forhindre kortslutning. Hele denne kombinasjonen av Anodeseparator-katode er stablet flere ganger i noen få mm tykkelse på ditt gjennomsnittlige smarttelefonbatteri.
En slik tett pakking tillater flere tusen mAh kapasitet på bare noen få mm tykkelse, men er også en uunngåelig oppskrift på katastrofe som vi snart vil se.
The Bane: Thermal Runaway
I et hvilket som helst batteri, hvis anode og katode kommer i direkte kontakt med hverandre, oppstår det en kortslutning. Dette er dårlig for batteriet da det øker intern temperatur på batteriet. Og når det gjelder Li-ion-batterier, er det verre siden dette starter en syklus med selvutlading, og øker temperaturen ytterligere. Dette kalles "Thermal Runaway". Og dette fungerer som en forløper til eksplosjoner.
Her er den tettpakkede strukturen til Lithium Ion-batterier sin egen fiende ettersom anode-katoden holdes fra hverandre bare av en veldig tynn separator. Også den høye energitettheten til Li-ion-batterier fungerer som drivstoff for brannen når Thermal Runaway starter.
De viktigste årsakene til at det kan eksplodere
Disse gassene som genereres forårsaker oppbygging av trykket inne i batteriet som til slutt fører til en eksplosjon.
Kortslutning i et batteri oppstår ikke av seg selv. En rekke faktorer som spenner fra produksjonsprosessen til eksterne faktorer, som lading og arbeidsmiljø er ansvarlige, som er utdypet nedenfor.
Produksjonsfeil
Først i listen over årsaker som får batteriet til å gå opp, er slakk i produksjonskvalitet og prosess. Dette er også den dominerende årsaken som gjenspeiler det faktum at billigere batterier og telefoner er mer utsatt for det. Selv om produksjon av en Li-ion-celle ikke er rakettvitenskap, må fortsatt et visst nivå av QC opprettholdes da materialene som er involvert er farlige og ustabile (litium).
Billigere batterier bruker vanligvis en separator av dårlig kvalitet, som brytes ned raskt og forårsaker kortslutning. Slike batterier er heller ikke satt sammen i rene miljøer, noe som igjen forårsaker avsetning av partikler rundt terminalene som igjen fører til kortslutning. Det utvendige dekselet er heller ikke opp til merket og er utilstrekkelig til å tåle stumpe krefter og støt.
Ladepraksis
Beholder du telefonen din for lading over natten eller tømmer den til 1 %? Hvis du gjør begge disse tingene, ikke bekymre deg, det vil ikke få telefonen ristet, 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 lade dem ut under 3,2 volt vil provosere dem.
Alle smarttelefoner i dag har innebygde kretser for å unngå at spenningen går utover grensene, men igjen i billigere og ikke-standard versjoner er disse kretsene de første som går kaput. Ikke-standardladere er også like farlige, enda mer fordi det involverer strømforsyningen, som kan være dødelig for deg og batteriet.
iPhone-brukere: Vi har en dedikert guide til lading av iPhones den riktige måten.
Fysisk skade
Hvis vi ser på historien til stekte telefondeksler, anses hovedårsaken generelt til å være at telefonens batteri ikke er standard eller falsk. Men siden en iPhone er synderen i denne saken, kan vi utelukke det. Det som ser ut som den sannsynlige årsaken er den harde påvirkningen fra fallet, som fører til brudd på separatoren og storskala kortslutning. Det er derfor du rådes til ikke å hamre telefonen i raserianfall.
Batteriknuser
Til slutt, litt også bør sies om varme. Et helt greit batteri av høy kvalitet vil også gjennomgå Thermal Runaway hvis den ytre temperaturen holder seg over 60 grader Celsius i lengre tid. Så unngå å plassere telefonen i nærheten av peiser, varmeovner eller i solen over lengre tid.
Følgende tabell fra BatteryUniversity veileder deg angående sikre temperaturer.
Men hvorfor eksplosjonen?
Uten å gå mer inn på tekniske ting, når, på grunn av noen av de ovennevnte årsakene til Thermal Runaway, oppstår, øker varmen inne i batteriet. Videre, på grunn av det iboende fenomenet Runaway, kan varmen inne nå opp til 150 grader Celsius (302 F).
Ved denne temperaturen smelter separatoren mellom arkene, og forårsaker kortslutning i større skala.
Smelteseparatoren og den superoppvarmede elektrolytten gjennomgår noen super komplekse kjemiske reaksjoner som produserer noen gasser. Disse gassene som genereres forårsaker oppbygging av trykket inne i batteriet som til slutt fører til en eksplosjon. Men det er ikke alltid resultatet, noen ganger kan batteriet bare bule og svikte.
1. Bruk et Halon-, Halon-erstatnings- eller vannslukker for å slukke brannen og forhindre spredning til andre brennbare materialer.
2. Etter at du har slukket brannen, skyll enheten med vann eller andre alkoholfrie væsker for å avkjøle enheten og forhindre at flere battericeller når termisk løp.
Og i ethvert uheldig tilfelle bestemmer et batteri i din nærhet seg for å starte selvforbrenning, rådene ovenfor fra FAA (PDF-fil) bør følges for å slukke brannen.
Så hva har vi lært?
En ting vi kan konkludere med er at subpar-batterier og komponenter spiller en stor rolle i feilene. Billige ladere og kabler er også like ansvarlige. Men å holde telefonen tilkoblet i lengre tid vil ikke forårsake dette. Og målrettet skade på batterier, vel de kommer under Idioter på jobb kategori som ingenting kan gjøres med. Hver eneste batterifeil blir heller ikke til TNT, noen buler bare opp, lekker eller slutter å fungere.
Jeg håper denne forklareren har besvart spørsmålet i tittelen, vitenskapelig. Hvis du har enda flere brennende spørsmål, kan du gjerne pinge oss gjennom kommentarer. Glad og trygg lading.
LES OGSÅ:Kan en bærbar Power Bank redde ferien din som den reddet min?