Γιατί μια μπαταρία τηλεφώνου μπορεί να εκραγεί: μια βαθύτερη εμφάνιση

Πρόσφατα αναφέρθηκε μια περίπτωση από το 9to5Mac, όπου ένας ποδηλάτης υπέστη εγκαύματα τρίτου βαθμού στο πόδι του λόγω του iPhone 6 που πιάνει φωτιά. Τα νέα των αυθόρμητα πυροσβεστικών μπαταριών τηλεφώνου δεν είναι κάτι καινούργιο, καλύπτονταν εκτεταμένα πριν, μαζί με κάποιες φρικτές φωτογραφίες των καμένων θυμάτων. Ωστόσο, ο αέρας δεν είναι ξεκάθαρος και θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε το πραγματικό επιστημονικό φαινόμενο που οδηγεί στις εκρήξεις μείον οποιεσδήποτε από αυτές τις φωτογραφίες που μπορεί να σας κάνουν ναυτία.

Η βασική τεχνολογία μπαταριών σε smartphone δεν έχει δει καμία πρωτοποριακή πρόοδο τις τελευταίες δύο δεκαετίες, αλλά όλα γύρω από αυτή έχει προχωρήσει αλματωδώς. Από τη διαχείριση των μπαταριών, τις μεθόδους φόρτισης μέχρι και τα καλώδια με ενσωματωμένα ολοκληρωμένα κυκλώματα, τροφοδοτούμε τις μπαταρίες μας με τον πιο εξελιγμένο τρόπο σήμερα.

Έτσι, τίθεται το ερώτημα, γιατί δεν μπορούμε να κρατήσουμε αυτές τις βλακείες μπαταρίες από το να σκοντάφτουν οι ίδιοι και οτιδήποτε στην περιοχή γύρω από τον καπνό και τις φλόγες; Για να απαντήσουμε σε αυτό το ερώτημα, πρέπει να βυθίσουμε την επιστήμη του γυμνασίου, όχι βαθιά, αλλά με μέση.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι "στεγανές"

Η δομή της μπαταρίας ιόντων λιθίου διαδραματίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην κατανόηση του γιατί οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έρχονται με τόσες πολλές προειδοποιήσεις. Όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα, Anode & Cathode, τα δύο βασικά εξαρτήματα της μπαταρίας έχουν τη μορφή φύλλων. Ένα πορώδες φύλλο "Διαχωριστή" υπάρχει μεταξύ των δύο για την αποφυγή βραχυκυκλώματος. Ολόκληρος αυτός ο συνδυασμός ανόδου-διαχωριστή-καθόδου στοιβάζεται αρκετές φορές στο ελάχιστο πάχος του μέσου πάχους της μέσης μπαταρίας σας smartphone.

Τέτοιες σφιχτές συσκευασίες επιτρέπουν τις αρκετές χιλιάδες mAh χωρητικότητας σε λίγα μόνο χιλιοστά πάχους, αλλά είναι επίσης μια αναπόφευκτη συνταγή για καταστροφή όπως θα δούμε σύντομα.

Το Bane: Θερμική Runaway

Σε οποιαδήποτε μπαταρία, εάν η άνοδος και η κάθοδος έρχονται σε άμεση επαφή μεταξύ τους, συμβαίνει βραχυκύκλωμα. Αυτό είναι κακό για την μπαταρία καθώς αυξάνει την εσωτερική θερμοκρασία της μπαταρίας. Και στην περίπτωση των μπαταριών ιόντων λιθίου, είναι χειρότερη καθώς αρχίζει ένας κύκλος αυτοεκφόρτισης, αυξάνοντας περαιτέρω τη θερμοκρασία. Αυτό ονομάζεται «θερμική διαρροή». Και αυτό λειτουργεί ως πρόδρομος στις εκρήξεις.

Εδώ, η στενά δομημένη δομή των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι ο εχθρός της, καθώς η άνοδος-κάθοδος διατηρείται σε απόσταση από ένα πολύ λεπτό διαχωριστή. Επίσης, η υψηλή πυκνότητα ενέργειας των μπαταριών ιόντων λιθίου ενεργεί ως καύσιμο για την πυρκαγιά, μόλις ξεκινήσει το Thermal Runaway.

Οι κύριοι λόγοι για τους οποίους μπορεί να εκραγεί

Αυτά τα αέρια που δημιουργούνται προκαλούν αύξηση της πίεσης μέσα στην μπαταρία και τελικά προκαλούν έκρηξη.

Το βραχυκύκλωμα σε μια μπαταρία δεν συμβαίνει από μόνο του. Είναι υπεύθυνοι διάφοροι παράγοντες που κυμαίνονται από τη διαδικασία παραγωγής έως εξωτερικούς παράγοντες, όπως η χρέωση και το εργασιακό περιβάλλον, οι οποίες αναπτύσσονται παρακάτω.

Παραγωγικά ελαττώματα

Πρώτα από τη λίστα των αιτιών που κάνει τη μπαταρία σας να πάει βραχίονα είναι χαλαρή στην ποιότητα κατασκευής και τη διαδικασία. Αυτή είναι και η κυρίαρχη αιτία που απηχεί το γεγονός ότι φθηνότερες μπαταρίες και τηλέφωνα είναι πιο ευαίσθητα σε αυτό. Ενώ η κατασκευή ενός κυττάρου ιόντων λιθίου δεν είναι επιστήμη πυραύλων, πρέπει να διατηρηθεί κάποιο επίπεδο QC καθώς τα υλικά είναι επικίνδυνα και ασταθή (λιθίου).

Οι φτηνότερες μπαταρίες χρησιμοποιούν γενικά έναν διαχωριστή κατώτερης ποιότητας, ο οποίος υποβαθμίζεται γρήγορα, προκαλώντας βραχυκύκλωμα. Τέτοιες μπαταρίες δεν συναρμολογούνται επίσης σε καθαρά περιβάλλοντα που προκαλούν εναπόθεση σωματιδίων γύρω από τους ακροδέκτες και οδηγούν πάλι σε βραχυκύκλωμα. Το εξωτερικό περίβλημα επίσης δεν είναι μέχρι το σημάδι και είναι ανεπαρκές για να διατηρήσει αμβλέες δυνάμεις και κρούσεις.

Πρακτικές χρέωσης

Διατηρώντας το τηλέφωνό σας για φόρτιση κατά τη διάρκεια της νύχτας ή αποστράγγιση έως 1%; Εάν κάνετε και τα δύο αυτά πράγματα, μην ανησυχείτε, δεν θα πάρει το τηλέφωνό σας φρυγμένο, αλλά θα επηρεάσει μόνο την υγεία της μπαταρίας σας με την πάροδο του χρόνου. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι ήσυχη στην περιοχή από 3, 7 έως 4, 2 βολτ, αλλά η φόρτιση τους πάνω από 5 βολτ ή η εκφόρτιση τους κάτω από 3, 2 βολτ θα τις προκαλέσουν.

Όλα τα smartphones σήμερα έχουν ενσωματωμένα κυκλώματα για να αποτρέψουν την τάση που ξεπερνά τα όρια, αλλά και πάλι σε φθηνότερες και μη τυποποιημένες εκδόσεις, αυτά τα κυκλώματα είναι πρώτα να πάνε kaput. Οι μη τυποποιημένοι φορτιστές είναι επίσης εξίσου επικίνδυνοι, ακόμα περισσότερο επειδή εμπλέκονται στην παροχή ρεύματος, η οποία μπορεί να είναι θανατηφόρος για εσάς καθώς και για την μπαταρία σας.

Χρήστες iPhone: Έχουμε έναν ειδικό οδηγό για τη φόρτιση των iPhones με τον σωστό τρόπο.

Σωματική βλάβη

Αν κοιτάξουμε την ιστορία των τηγανητών θήκες τηλεφώνου, η αιτία είναι γενικά η μπαταρία του τηλεφώνου που είναι μη τυποποιημένη ή ψεύτικη. Αλλά βλέποντας ότι το iPhone είναι ο ένοχος στην προκειμένη περίπτωση, μπορούμε να το αποφανθούμε. Αυτό που μοιάζει με την πιθανή αιτία είναι η σκληρή κρούση από την πτώση, οδηγώντας σε ρήξη του διαχωριστή και μεγάλης κλίμακας βραχυκύκλωμα. Αυτός είναι ο λόγος που σας συνιστούμε να μην σφυρίσετε το τηλέφωνό σας σε φόβο οργής.

Σκουπίστε μπαταρία

Τέλος, πρέπει να ειπωθεί λίγο και για τη θερμότητα. Μια απολύτως λεπτή, υψηλής ποιότητας μπαταρία θα υποβληθεί επίσης σε Thermal Runaway εάν ​​η εξωτερική θερμοκρασία παραμείνει πάνω από 60 βαθμούς Κελσίου για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αποφύγετε να τοποθετήσετε το τηλέφωνό σας κοντά σε τζάκια, θερμοσίφωνες ή στον ήλιο για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Ο παρακάτω πίνακας από την BatteryUniversity σάς καθοδηγεί σχετικά με τις ασφαλείς θερμοκρασίες.

Αλλά γιατί η έκρηξη;

Χωρίς να μπαίνουμε σε τεχνικά πράγματα, όταν, λόγω οποιουδήποτε από τους παραπάνω λόγους, η Θερμική Διαρροή εμφανίζεται, η θερμότητα μέσα στην μπαταρία αυξάνεται. Επιπλέον, λόγω του εγγενούς φαινομένου του Runaway, η εσωτερική θερμότητα μπορεί να φτάσει μέχρι τους 150 βαθμούς 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 υποβάλλονται σε μερικές πολύπλοκες χημικές αντιδράσεις που παράγουν μερικά αέρια. Αυτά τα αέρια που δημιουργούνται προκαλούν αύξηση της πίεσης μέσα στην μπαταρία και τελικά προκαλούν έκρηξη. Αλλά αυτό δεν είναι πάντα το αποτέλεσμα, μερικές φορές η μπαταρία μπορεί μόνο να διογκωθεί και να αποτύχει.

1. Χρησιμοποιήστε ένα αντικαταστάτη 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, σκουπίστε τη συσκευή με νερό ή άλλα μη αλκοολούχα υγρά για να ψύξετε τη συσκευή και αποφύγετε την επιδείνωση της θερμοκρασίας των πρόσθετων μπαταριών.

Και σε οποιαδήποτε ατυχή περίπτωση κάποια μπαταρία στην περιοχή σας αποφασίζει να ξεκινήσει την αυτοκαύρωση, θα πρέπει να ακολουθήσετε τις παραπάνω συμβουλές από το FAA (αρχείο PDF) για να σβήσετε τη φωτιά.

Τι λοιπόν έχουμε μάθει;

Ένα πράγμα που μπορούμε να συμπεράνουμε είναι ότι οι υπο-par μπαταρίες και τα εξαρτήματα παίζουν σημαντικό ρόλο στις αποτυχίες. Οι φτηνοί φορτιστές και τα καλώδια είναι επίσης εξίσου υπεύθυνοι. Αλλά διατηρώντας το τηλέφωνό σας συνδεδεμένο για παρατεταμένο χρόνο δεν θα προκαλέσει αυτό. Και σκόπιμα βλαπτικές μπαταρίες, αλλά και αυτές που υπάγονται στην κατηγορία Idiots at Work για τις οποίες 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 εξηγητής απάντησε επιστημονικά στην ερώτηση στον τίτλο. Αν έχετε ακόμα πιο καυτά ερωτήματα, μην διστάσετε να μας στείλετε σχόλια. Χρόνια και ασφαλή φόρτιση.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ: Θα μπορούσε μια φορητή τράπεζα δύναμης να σώσει τις διακοπές σας όπως μου έσωσε;