Почему аккумулятор телефона может взорваться: более глубокий взгляд

Недавно 9to5Mac сообщил о том, что велосипедист получил ожоги третьей степени на ноге из-за возгорания iPhone 6. В новостях о самопроизвольно воспламеняющихся батарейках для телефона нет ничего нового, они широко освещались ранее вместе с некоторыми ужасными фотографиями сожженных жертв. Тем не менее, воздух не ясен, и мы попытаемся объяснить фактическое научное явление, которое приводит к взрывам, минус любую из тех фотографий, которые могут вызвать у вас тошноту.

Основная технология аккумуляторов в смартфонах за последние два десятилетия не претерпела каких-либо принципиальных изменений, но все вокруг стало стремительно развиваться. Начиная с управления батареями, методов зарядки и заканчивая кабелями со встроенными микросхемами, мы сегодня самым сложным образом подаем питание на наши батареи.

Таким образом, возникает вопрос: почему мы не можем удержать эти чертовы батареи от поглощения самих себя и всего, что находится поблизости, в дыму и пламени? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно погрузиться в науку о высшей школе, не по пояс, а по пояс.

Литий-ионные аккумуляторы «плотные»

Структура литий-ионного аккумулятора играет очень важную роль в понимании того, почему литий-ионные аккумуляторы сопровождаются таким количеством предупреждений. Как показано на рисунке ниже, Anode & Cathode, два основных компонента батареи выполнены в виде листов. Между ними имеется пористый разделительный лист для предотвращения короткого замыкания. Вся эта комбинация анод-сепаратор-катод укладывается несколько раз в толщину нескольких мм от обычной батареи вашего смартфона.

Такая плотная упаковка обеспечивает емкость в несколько тысяч мАч при толщине всего в несколько мм, но также является неизбежным рецептом катастрофы, как мы скоро увидим.

Бэйн: тепловой побег

В любой батарее, если анод и катод вступают в прямой контакт друг с другом, происходит короткое замыкание. Это плохо для батареи, так как увеличивает внутреннюю температуру батареи. Что касается литий-ионных аккумуляторов, то это еще хуже, так как начинается цикл саморазряда, что еще больше повышает температуру. Это называется «Тепловой побег». И это действует как предвестник взрывов.

Здесь, плотно упакованная структура литий-ионных батарей является ее собственным врагом, так как анод-катод отделен только очень тонким сепаратором. Кроме того, высокая плотность энергии литий-ионных аккумуляторов действует как топливо для огня, как только запускается Thermal Runaway.

Основные причины, по которым он может взорваться

Эти выделяющиеся газы вызывают повышение давления внутри батареи, что в конечном итоге приводит к взрыву.

Короткое замыкание в батарее не происходит само по себе. За это отвечает ряд факторов, начиная от производственного процесса и заканчивая внешними факторами, такими как зарядка и условия работы.

Заводской брак

Во-первых, в списке причин, по которым ваша батарея начинает работать, наблюдается снижение качества и качества производства. Это также является основной причиной, которая повторяет тот факт, что более дешевые аккумуляторы и телефоны более восприимчивы к нему. Хотя производство литий-ионных элементов не является ракетостроением, все же необходимо поддерживать определенный уровень контроля качества, поскольку используемые материалы опасны и нестабильны (литий).

В более дешевых батареях обычно используется сепаратор низкого качества, который быстро разлагается, вызывая короткое замыкание. Такие батареи также не собираются в чистых средах, что приводит к отложению частиц вокруг клемм, что снова приводит к короткому замыканию. Внешний кожух также не соответствует требованиям и не способен выдерживать ударные нагрузки и удары.

Зарядка Практики

Держать телефон для зарядки на ночь или разряжать его до 1%? Если вы сделаете обе эти вещи, не беспокойтесь, ваш телефон не перегреется, а только со временем изменится состояние вашей батареи. Литий-ионные аккумуляторы работают в диапазоне от 3, 7 до 4, 2 вольт, но зарядка их свыше 5 вольт или разрядка ниже 3, 2 вольт провоцирует их.

Все смартфоны сегодня имеют встроенные схемы, чтобы предотвратить выход напряжения за пределы, но опять же в более дешевых и нестандартных версиях, эти схемы в первую очередь идут наперекосяк. Нестандартные зарядные устройства также не менее опасны, тем более что они связаны с питанием от сети, которое может быть смертельно для вас, а также для вашей батареи.

Пользователи iPhone: у нас есть специальное руководство по правильной зарядке iPhone.

Физический урон

Если мы посмотрим на историю жареных чехлов для телефонов, основной причиной обычно считается то, что батарея телефона нестандартная или поддельная. Но, поскольку в данном случае виновным является iPhone, мы можем исключить это. Вероятной причиной этого является сильное воздействие падения, которое приводит к разрыву сепаратора и крупному короткому замыканию. Вот почему вам не рекомендуется вбивать в ярость свой телефон.

Разрушитель батареи

Наконец, немного также следует сказать о жаре. Совершенно качественная и качественная батарея также подвергнется термическому разгону, если температура в течение длительного времени остается выше 60 градусов Цельсия. Поэтому не размещайте телефон возле каминов, комнатных обогревателей или на солнце в течение длительного времени.

В следующей таблице BatteryUniversity вы найдете информацию о безопасных температурах.

Но почему взрыв?

Не вдаваясь в технические вопросы, когда по какой-либо из вышеуказанных причин происходит тепловое убегание, нагрев внутри батареи увеличивается. Кроме того, из-за врожденного явления Runaway, температура внутри может достигать 150 градусов по Цельсию (302 F).

При этой температуре разделитель между листами плавится, вызывая короткое замыкание в большем масштабе.

Сепаратор плавления и перегретый электролит претерпевают некоторые сверхсложные химические реакции с образованием некоторых газов. Эти выделяющиеся газы вызывают повышение давления внутри батареи, что в конечном итоге приводит к взрыву. Но это не всегда результат, иногда батарея может просто выпучиться и выйти из строя.

1. Используйте запасной галон, галоновый или водяной огнетушитель для тушения пожара и предотвращения его распространения на дополнительные легковоспламеняющиеся материалы.

2. После тушения пожара промойте устройство водой или другими безалкогольными жидкостями, чтобы охладить устройство и не допустить попадания дополнительных аккумуляторных батарей в термический разряд.

И в любом случае, если какой-либо аккумулятор в вашем районе решит начать самовозгорание, следуйте приведенным выше рекомендациям FAA (файл PDF), чтобы погасить пожар.

Так что же мы узнали?

Мы можем сделать вывод, что батареи и компоненты некачественного исполнения играют главную роль в отказах. Дешевые зарядные устройства и кабели также несут равную ответственность. Но длительное время не подключайте телефон к сети. И целенаправленно повреждающие батареи, они относятся к категории « Идиоты на работе », с которой ничего не поделаешь. Кроме того, каждая неисправная батарея не превращается в TNT, некоторые просто выпирают, протекают или перестают работать.

Я надеюсь, что этот объяснитель с научной точки зрения ответил на вопрос в заголовке. Если у вас есть еще более острые вопросы, не стесняйтесь пинговать нас через комментарии. Счастливая и безопасная зарядка.

ТАКЖЕ ЧИТАЙТЕ: Портативный Power Bank может спасти ваш отпуск, как он спас мой?