Взрыв аккумулятора телефона: почему это может произойти? Почему взрываются литиевые батареи и как за ними ухаживать

Для Windows 12.07.2019

Для Windows

Samsung недавно отозвал смартфоны Galaxy Note 7 после того, как несколько пользователей сообщили о возгораниях и взрывах батарей. Чем это было вызвано, и почему литий-ионные батареи имеют такую плохую репутацию из-за возникновения возгораний.

Великий Отзыв

Samsung объявил, что все устройства Galaxy Note 7 должны быть отозваны из-за сообщений пользователей о перегреве батарей, возгораниях и даже взрывах. Galaxy Note 7 был выпущен 2 сентября 2016 года (предзаказы начались с 16 августа) и находился на витринах магазинов в течение месяца. Тем не менее, это не означает, что все устройства Samsung опасны, так как из 1 миллиона общего количества проданных в США устройств лишь у 92 была обнаружена неисправность.

Тем не менее, эти инциденты привлекли много внимания у средств массовой информации, так как неисправность, появляющаяся у устройств, представляла опасность для людей и могла быть причиной пожара (о чем и узнал один из пользователей , оставив телефон заряжаться в автомобиле).

Но почему эти батареи загорелись? Что в литий-ионных батареях может привести их к такому взрывному концу? Чтобы ответить на эти вопросы, мы должны понять, как работает литий-ионный аккумулятор.

Литий-ионные аккумуляторы

Как и большинство аккумуляторов, литий-ионные аккумуляторы состоят из трех основных частей: анод (клемма +), электролит и катод (-).

В литий-ионных батареях анод обычно изготовлен из оксида лития-кобальта LiCoO 2 (в новых батареях может использоваться фосфат лития-железа LiFePO 4), а катод выполнен из углерода. Электролит в таких аккумуляторах должен иметь возможность передавать положительные ионы между электродами, но и быть изолятором для электрического тока (потока электронов). Электролиты в разных аккумуляторах могут различаться, но, как правило, это соли лития в органическом растворителе.

Цикл заряда

Когда литий-ионный аккумулятор заряжается, ионы лития удаляются из анода и внедряются в пористый углеродный катод. В то же время электроны из анода удаляются и переносятся к катоду, где они соединяются с ионами, и металлический литий оседает в углероде.

Цикл разряда

Во время цикла разряда (когда между клеммами аккумулятора подключена нагрузка) электроны из катода притягиваются к аноду, что приводит к тому, что внедренные в углеродный катод ионы лития возвращаются через электролит обратно к аноду, где они снова соединяются с электронами и образуют металлический литий.

Поток электронов и поток ионов в электролите дополняют друг друга, и заряд может происходить только, если оба этих процесса активны. Если кто-то остановится (например, поток электронов), то остановится и другой процесс (в этом случае поток ионов).

Перегрев

Так почему же литий-ионные аккумуляторы обладают плохой привычкой перегрева и возгорания?

Проблема сводится к двум факторам:

скорость отложения ионов лития на углеродистом катоде;
температура батареи.

Когда батарея заряжается, ионы лития должны внедряться в катод, что известно как интеркаляция . Этот процесс очень важен, так как, вместо оседания в виде металлического лития на поверхности катода, ионы лития проникают в пористые участки катода.

Если литий-ионный аккумулятор заряжается слишком быстро, ионы лития оседают на поверхности катода в виде напыления лития вместо того, чтобы быть поглощенными пористыми участками. Это очень серьезно, так как расстояние между двумя пластинами в обычном литий-ионном аккумуляторе очень мало (измеряется в миллиметрах). По мере того, как слой напыления никеля становится толще, в конечном итоге он может вступить в контакт с анодом, что создаст короткое замыкание.

Короткое замыкание может привести к огромному значению тока разряда, который и нагревает батарею. По мере того, как аккумулятор нагревается, он рискует войти в фазу необратимого роста температуры, где увеличение температуры увеличивает скорость реакции, что еще больше увеличивает температуру. Это может привести к тому, что ячейка батареи задымится, воспламенится и даже взорвется.

Так как же избежать подобного?

Ответ заключается в электронике, которая постоянно контролирует температуру батареи, напряжение и выходной ток. Во время заряда батарея тщательно контролируется, а ток заряда удерживается на низком уровне. Это намеренно увеличивает время, необходимое для заряда аккумулятора, но в результате дает отсутствие металлизации лития на катоде. Когда батареи находятся в использовании, контроллер может продолжать измерять температуру батареи и выключить ячейки, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение.

Взрыв литий-ионных аккумуляторов

Ситуация с Samsung и их потенциально опасными батареями не нова. На самом деле, очень часто приходится слышать о литий-ионных аккумуляторах, вызывающих повреждения и возгорания, в том числе, ховербордов, iPhone"ов и даже ноутбуков .

Так почему же мы до сих пор используем эти батареи, если они могут представлять собой вполне реальную опасность?

Вкратце, мы продолжаем использовать литий-ионные батареи потому, что они обладают рядом преимуществ по сравнению с другими аккумуляторами и обычными батареями.

Во-первых, литий-ионные батареи перезаряжаемы, в отличие от обычных батарей, которые вы можете найти в некоторых камерах, пультах дистанционного управления и игрушках.

Во-вторых, литий-ионные батареи не страдают от явления, называемого «эффектом памяти», так сильно, как другие аккумуляторные батареи (например, NiMh и NiCd). Проще говоря, эффект памяти это когда аккумулятор теряет свою емкость, если он не был полностью разряжен перед последующей зарядкой.

Литий-ионные аккумуляторы также меньше по весу и имеют более высокую плотность энергии по сравнению с другими технологиями аккумуляторов. Этот фактор делает литий-ионные аккумуляторы более предпочтительными для портативных устройств, электроинструментов и даже для электрических транспортных средств.

Итого

Литий-ионные аккумуляторы активно используются из-за их весовых характеристик и плотности энергии, но это может привести к тому, что эти батареи могут выйти из строя и нанести вред.

Если случаи с неисправными литий-ионными аккумуляторами продолжат происходить, то это не заставит долго ждать вмешательства государств, которые могут изменить правила использования подобных источников питания (примечание, в октябре 2016 года в аэропортах в России были развешены объявления о необходимости предупредить экипаж самолета, если вы перевозите Samsung Galaxy Note 7).

Новые технологии, более умные устройства, а также лучшие материалы могут уменьшить риск возникновения неисправностей подобных устройств, но эти изменения, возможно, должны прийти как можно раньше до того, как кто-то серьезно пострадает от этих источников питания.

27 сентября 2016 в 21:38

Kак взрываются литий-ионные аккумуляторы

Энергия и элементы питания ,
Химия

Последнее время тема самовозгорания литий-ионных аккумуляторов часто мелькает в заголовках новостей: то смартфон загорится, то ховерборд, а то и автомобиль. Так что же происходит внутри аккумулятора во время термического разгона и почему возникает самовозгорание?

Чаще всего причиной самовозгорания аккумуляторов является короткое замыкание внутри электрохимической ячейки. Электрический контакт между анодом и катодом может возникнуть по многим причинам. Это может быть, например, механическое повреждение ячейки. Ещё внутреннее короткое замыкание возникает из-за нарушения технологии производства при неровной нарезке электродов или попадании металлических частиц между анодом и катодом, что ведёт ко повреждению пористого сепаратора. Также причиной внутреннего короткого замыкания может быть «прорастание» цепочек металлического лития (дендритов) через сепаратор. Такой эффект возникает, если ионы лития не успевают встроиться в кристалл анода при слишком быстрой зарядке или низкой температуре, а также если ёмкость активного материала катода превышает ёмкость анода, в результате чего на поверхности анода появляются микроскопические отложения, которые постепенно растут.

Итак, после того, как произошло короткое замыкание, аккумулятор начинает нагреваться. Когда температура достигает 70-90 °C, ион-проводящий защитный слой на аноде начинает разлагаться. А дальше литий, встроенный в анод, вступает в реакцию с электролитом, выделяя летучие углеводороды: этан, метан, этилен и т.д. Но, несмотря на наличие такой взрывоопасной смеси, возгорания не происходит, так как в системе пока нет кислорода.

Так как реакции с электролитом экзотермические, температура и давление внутри аккумулятора продолжают повышаться. Когда температура достигает 180-200 °C, материал катода, обычно представляющий из себя оксид переходных металлов со встроенным в кристалл литием, вступает в реакцию диспропорционирования и выделяет кислород. Вот тут-то и происходит самовозгорание и ещё более резкий скачок температуры. Параллельно идёт термическое разложение электролита (200-300 °C), также выделяющее тепло. Выглядит это так:

И, в конце концов, в реакцию с электролитом (если он ещё остался) вступает графит, а когда температура достигает 660 °C, плавится алюминиевый токоприёмник. Выше 900°C температура обычно не поднимается, так как разлагаться уже нечему.

Помимо внутреннего короткого замыкания существуют и другие причины самовозгорания: перегрев аккумулятора, неправильная зарядка/разрядка (превышение максимально допустимого напряжения, зарядка на высоких токах, слишком глубокая разрядка), и т.д. Но все эти причины приводят к одному результату: термическому разгону и разложению электролита при взаимодействии с электродами. Различаются только порядки вышеописанных реакций и их скорость.

Естественно, производители аккумуляторов предусмотрели системы защиты от самовозгорания, и чем больше и мощнее аккумулятор, тем больше степеней защиты он содержит. Одним из видов защиты от небольшого короткого замыкания является пористый сепаратор, который при локальном повышении температуры становится непроницаемым и препятствует, к примеру, дальнейшему росту дендритов внутри аккумулятора. Но иногда температура повышается слишком быстро, и сепаратор просто плавится, в результате чего анод соприкасается с катодом.

Также аккумуляторы оборудованы предохранителями и клапанами, которые при повышении давления и температуры внутри либо отключают электроды от цепи, либо способствуют выходу наружу скопившегося газа. В последнем случае, так как газы легковоспламеняющиеся, при контакте с кислородом снаружи возникает пламя. Пример действия защитных клапанов можно было наблюдать при аварии с участием автомобиля Тесла Model S, где аккумулятор был пробит крупным металлическим предметом. Так как в Тесле клапаны аккумуляторов были направлены вниз на асфальт и отдельные блоки были хорошо изолированы друг от друга, сгорела лишь передняя часть аккумулятора (как сказал Элон Маск, если бы тот же металлический предмет пробил бак с бензином, машины бы сгорела целиком).

Кстати, термическая изоляция отдельных блоков в крупном аккумуляторе очень важна. Если в вышеупомянутом примере аккумулятор Теслы не загорелся полностью из-за хорошей термоизоляции, то в случае аккумулятора на борту Боинга 787 самовозгорание произошло из-за того, что блоки были недостаточно изолированы друг от друга, что привело к перегреву всей системы.

Также литий-ионные аккумуляторы оснащены контроллерами, сенсорами, балансирами заряда, и т.д. Подробнее про системы безопасности аккумуляторов можно почитать .

Как видно из этого поста, самый опасный компонент аккумулятора- электролит, который разлагается на легковоспламеняющиеся компоненты при повышении температуры. На сегодняшний день учёные пытаются найти более стабильные альтернативы: ионные жидкости, полимерные электролиты, твёрдотельные керамические электролиты и т.д. Но это-отдельная тема…

Источники:

Теги: Добавить метки

Мы все в опасности, каждый из нас содержит дома (в кармане, на работе) портативные бомбы, способные нанести серьезный вред, вплоть до летального исхода. А дело все в опасной технологии сборки которая стала стандартом для всего мира и ничуть не пугает социум.

Литий-ионный аккумулятор

Сегодня мы все используем массу различных устройств и технических новшеств, работающих на базе литий-ионных аккумуляторов. Это тип электрического аккумулятора, отличающийся от других подобных энергоносителей своей универсальностью, высокой плотностью энергии и неприхотливостью в плане обслуживания.

Несмотря на свои положительные характеристики, подобные батареи представляют собой определенную угрозу. Аккумуляторы данного типа могут взорваться, повредить или уничтожить имущество и, что страшнее, нанести тяжкий вред здоровью или вовсе привести к гибели.

Тем не менее литий-ионные аккумуляторы широко распространены в различных сферах жизни человека. Подобный тип энергоносителя можно обнаружить в автомобилях, самолетах, а главное, в смартфонах и планшетах, которые основная масса людей использует ежедневно, на постоянной основе. Грубо говоря, как было сказано выше, все современное общество носит с собой которые могут быть активированы в случае оплошности, по несчастливой случайности или из-за халатности производителя.

Возможные причины взрыва аккумулятора

Литиевые аккумуляторы протестированы временем и считаются относительно безопасными, если соблюдать все рекомендации производителя, но как часто кто-то хотя бы интересуется инструкцией? Любое нарушение может повлечь за собой печальные последствия. Например, резкое изменение температуры, которое является одной из самых распространенных причин, по которым батареи выходят из строя. В этом случае литий-ионная батарея начинает вырабатывать газ, аккумулятор становится значительно пухлее, в редких случаях можно обнаружить течь. И тот и другой симптом является поводом для незамедлительного прекращения использования устройства, отсоединения батареи и ее грамотной утилизации. Помимо изменения термальных условий, есть ряд других распространенных причин, ведущих к взрыву батареи, на которых стоит акцентировать внимание.

Физическое воздействие и кустарный ремонт

Любое повреждение, изгиб или удар могут привести к чрезмерному нагреву батареи, что непременно повлечет за собой взрыв. То же самое касается проколов, которые часто сопровождают ремонтные работы.

«Мастера на все руки» нередко прибегают к ремонту всего и вся, не обращаясь за помощью к профессионалам. Возможно, новый опыт - это даже здорово, люди развивают свои навыки и экономят деньги, но когда речь заходит о литиевых батареях, следует забыть о своем «мастерстве», потому что разбирать и ремонтировать литий-ионные аккумуляторы нельзя. Это же касается и небольших «палаток», расположенных в торговых центрах и отвечающих за ремонт разного рода электроники.

Переразряд и износ

Как бы это иронично ни звучало, но даже если оставить литий-ионную батарею в покое, то он все еще остается опасным, так как может израсходовать критическую массу заряда. Обычно в таких случаях батарея просто выходит из строя и перестает функционировать, но человеческая глупость смелость не имеет границ. Было зарегистрировано немало попыток вернуть полностью разряженную батарею к жизни, просто поставив ее на зарядку (в функционирующем устройстве или без). И в том и в ином случае аккумулятор может замкнуть, мгновенно нагреться до температуры горения и воспламениться.

Так же, как и старый шкаф может развалиться в любой момент, может перегреться старый аккумулятор. По мере использования он изнашивается, теряет в объеме, повреждаются определенные детали. Придет время, и физические изменения в батарее потребуют замены.

Скандал с Galaxy Note 7

Самый глобальный аккумуляторный коллапс (на рынке мобильных устройств) произошел в 2016 году, вместе с релизом смартфона от компании Samsung. До ныне культовой даты взрыв аккумулятора телефона воспринимался как редкий, маловероятный несчастный случай. Летом 2016 года, когда в течение недели СМИ сообщило о более чем 35 случаях взрывов смартфонов Galaxy Note 7, все изменилось.

Note 7, к слову, был воспринят очень позитивно, аппарат угодил абсолютно всем, но, попытавшись обогнать конкурентов, Samsung просчиталась и серьезно подставилась. К началу сентября официальные представители корейской компании заявили о том, что разворачивают глобальную кампанию по возврату бракованных гаджетов. Телефоны предложили обменять на ту же самую модель, но якобы из новой партии. Не прошло и пары дней, как ситуация повторилась с новым размахом. Люди стали обращаться в Samsung еще чаще, начали гореть машины, портиться имущество, страдали люди, получая серьезные ожоги. В определенный момент корейцы сдали назад, приняв решение о прекращении продаж и сборки телефона.

Причины проблем с Galaxy Note 7

Спустя более чем полгода, по состоянию на январь 2017-го, в компании не дали никаких четких комментариев по поводу произошедшего инцидента. Многие аналитики и лица, знакомые с деятельностью компании, заявляют, что инженерам компании не удается воспроизвести взрыв в лабораторных условиях.

Независимые же организации склоняются к тому, что взрыв происходит из-за проблем с контроллером питания. Сложная (плотная) конструкция смартфона, включающая в себя изогнутый дисплей, спровоцировала соприкосновение двух деталей аккумулятора: катода и анода, что, в свою очередь, привело к чрезмерному нагреву. всегда стремится к повышению температуры, это нормально, но производитель должен был озаботиться тем, чтобы в определенный момент, смартфон был лишен питания. К сожалению, этого не произошло. И, вне зависимости от того, насколько аккуратны были пользователи со своими Samsung, взрыв аккумулятора стал массовой проблемой, касающейся всех без исключения.

Последствия для компании

Чтобы понять, чем обернулось подобное происшествие для компании, достаточно поставить себя на их место. Что подумает потребитель о продукте, который в одночасье стал посмешищем и угрозой для жизни? Скорее всего, станет избегать. Но одно дело - репутация, которая сегодня есть, завтра нет, а послезавтра снова есть, другое дело - реальные факты. В компании потерпели убытки, причем довольно серьезные и ощутимые для мобильного подразделения - 22 миллиарда долларов. Телефоны были дистанционно лишены возможности заряжаться, чтобы избежать дальнейших взрывов.

На данный момент телефон не производится, компания ведет расследование и остается лишь надеяться, что взрыв аккумулятора Samsung Note 7, послужит корейцам уроком, который сделает их сильнее.

Случаи взрывов iPhone

Несмотря на свое особое положение на рынке смартфонов и минимальный уровень брака, даже «яблочный» смартфон может превратиться в импровизированную бомбу. Один из самых последних случаев был взрыв новинки от компании Apple, смартфона iPhone 7, который один из поклонников якобы заказал в сети Интернет, а получил уже подорванный гаджет.

Никаких подтверждений относительно самопроизвольного возгорания iPhone так и не последовало, и этот случай списали на обычное раздувание слухов. К счастью владельцев свежих смартфонов из Калифорнии, взрыв аккумулятора «Айфона» стал лишь одним из немногих, вызванных неправильной эксплуатацией (в данном случае чрезмерное физическое воздействие), а не массовой проблемой.

Другие зарегистрированные случаи взрывов iPhone стали последствием короткого замыкания, произошедшего ввиду использования от стороннего производителя.

Как избежать взрыва?

Самое простое, что может сделать любой пользователь, так это заглянуть хоть раз в жизни в инструкции и узнать, насколько опасен аккумулятор в смартфоне, и какого ухода он требует.

Всегда следует точно соблюдать температурный режим, не оставлять смартфон под прямыми солнечными лучами слишком долго. Нельзя самостоятельно извлекать батарею в смартфонах, где эта возможность не предусмотрена производителем (речь идет о гаджетах с монолитным корпусом).

Отдавайте предпочтение устройствам, имеющим хоть какое-то имя, проверенным временем, избегайте импульсивного приобретения самых «топовых» новинок.

Главное, нужно понимать, что взрыв литиевого аккумулятора это реально и очень опасно, по возможности не оставляйте гаджеты на зарядке без присмотра, кто знает, в какой момент технологии подведут и свершится возгорание.

Что дальше?

Сейчас в плане технологий литиевые батареи - это самый дешевый, при этом самый энергоэффективный вариант для мобильных устройств и прочей электроники. Естественно, данный вид аккумуляторов до сих пор находится в приоритете.

На замену литиевым батареям могут прийти Несмотря на свое страшное название, подобный тип аккумуляторов совершенно безвреден для человека, а гаджету позволит жить от одного заряда в разы дольше, чем сейчас. К сожалению, развитие в этой области происходит довольно медленно и в ближайшее время подвижек ждать не стоит. Возможно, взрыв аккумулятора "Самсунг Note 7", не пройдет даром и заставит инженеров, работающих в сфере информационных технологий, поторопиться.

В нашей жизни литиевые батареи уже прочно заняли свое место и во многих случаях играют ключевую роль. Конечно же, срок службы каждого аккумулятора ограничен, но может ли он работать дольше и более эффективно? Надеюсь, небольшой сборник полезных советов, предоставленный ниже, Вам обязательно пригодится.

Как литиевые батареи взрываются?

Стандартные условия использования аккумуляторов: температура окружающей среды до 60 градусов Цельсия, без каких-либо дополнительных термо- и/или механических воздействий. Эти идеальные условия обеспечат максимальный срок службы аккумулятора и оградят вас от неприятных сюрпризов.

В то же время, батарея не должна находиться в сжатом пространстве, возле источников огня или высокой температуры, в процессе использования, батарея не должна подвергаться физической деформации, прокалываться, или даже просверливаться. Потому что, даже один из этих моментов, может спровоцировать взрыв аккумулятора.

И еще! Не в коем случае не разбирайте аккумуляторы!

Внешний вид аккумуляторов

После продолжительного использования, литиевый аккумулятора начинает вырабатывать газ и сам аккумулятора начинает раздуваться. В более редких случаях, аккумулятор начинает течь. И если вдруг, Вы заметите подобные изменения в аккумуляторе, то следует немедленно прекратить использование устройства, а сам аккумулятор отсоединить от источника потребления. Конечно, при этом надо соблюдать осторожность, чтобы не закоротить контакты самого аккумулятора.

Все аккумуляторы в среднем рассчитаны на определенное количество разрядов и зарядов. Со временем использования, внутренняя структура аккумулятора разрушается, изменяется форма аккумулятора и емкость начинает снижаться. Я пишу это не для того, чтобы Вы начали меньше пользоваться приборами на литиевых батареях, я пишу это для того, чтобы Вы оценивали «возраст» и срок оставшейся жизни аккумулятора. Ниже находится фото плеера, в котором аккумулятор раздавил экран и деформировал корпус.

Кроме того, мы и сами у себя должны вырабатывать хорошие привычки, пользоваться только оригинальными зарядными устройствами. Каждая батарея, в зависимости от емкости, типа и используемого материала, имеет определенный параметры заряда, поэтому даже один и тот же производитель мобильных устройств может выпускать разные зарядные устройства. Пожалуйста, не забывайте об этом.

Как ухаживать за литиевыми батареями?

Как уже писалось выше, по мере использования, срок службы аккумуляторов сокращается. Так вот, если в процессе эксплуатации батареи, Вы замечаете, что при том же времени заряда аккумулятора, время работы устройства значительно сокращается, то скорее всего, срок жизни аккумулятора подходит к концу и Вам пора задуматься о его замене.

Раньше часто уделялось внимание тренировкам батарей, путем нескольких циклов полного разряда и заряда. Пора уже это забыть. Литиевые батареи не обладаю эффектом памяти, поэтому данные «процедуры» для них просто бесполезны.

Оптимальные условия для хранения аккумулятора: уровень заряда около 40%, в прохладном (0-10 градусов) месте. При этом вы можете не беспокоиться об аккумуляторах около полу года. Раз в пол года можно проверить уровень заряда, для поддержании его около отметки 40%.

Хотелось бы еще отметить и тот факт, что литиевые аккумуляторы подвержены естественному старению, даже, если они не используются. Примерно за 2 года, батарея теряет около трети своей емкости. Это говорит о том, что нет необходимости запасаться такими батареями в прок и, что при их покупки, необходимо обращать на дату изготовления.

Ядерная батарея или батареи будущего.

Технологии не стоят на месте, но мы до сих пор несколько раз в неделю, дома должны доставать зарядное устройство и подключать наш мобильный телефон и плеер на зарядку на ночь. Это у нас вошло в привычку и на рутинность этих действий мы уже не обращаем внимание…

А в тоже время, уже сейчас существуют ядерные источники питания, размеры которых соизмеримы с размерами монеты.　 Подобные источники, способны вырабатывать энергию на протяжении около сотни лет без какого-либо вмешательства и каких-либо подзарядок, что заставляет задуматься о перспективе этого направления, не так ли?! Кроме того, не стоит пугаться названия, эти элементы абсолютно безвредны для жизни и здоровья живых существ.

Так что скоро, похоже, мы полностью забудем, что такое зарядное устройство, какие они бывают и как им пользоваться