Батареї смартфонів: чому вони вибухають?

1. Костянтин Іванов за матеріалами androidcentral.com Здається, від розмов про вибухають батареї...
2. Що змушує акумулятори вибухати?
3. Перегрів і перезаряд
4. Механічні пошкодження
5. А що ж там з Note 7?
6. Що ми знаємо про Galaxy Note 7 і його акумуляторі

Костянтин Іванов

Наши партнеры ArtmMisto

за матеріалами androidcentral.com

Здається, від розмов про вибухають батареї телефонів вже нікуди дітися, спасибі Samsung і їх Note 7. Однак це не перший і не єдиний апарат з подібною проблемою. Чому взагалі вибухають батареї? Давайте поговоримо докладніше ...

Поки ми використовуємо літій-іонні акумулятори, поодинокі випадки з батареями відбуватимуться. Note 7 - не перший телефон, для якого потрібен був масштабне відкликання з причини, пов'язаної з батареєю. Наприклад, подібне можуть пригадати давні фанати Nokia. Але тоді акумулятори були знімними, і фінської компанії не довелося прибирати моделі з ринку. Таке трапляється, нічого хорошого в цьому немає, але воно трапляється. Давайте розберемося, чому.

Як працює акумулятор у вашому телефоні

Перше, що ми розглянемо, це те, як працює літій-іонний акумулятор в вашому апараті. Суть полягає в самій назві: електрику доставляється від одного електрода до іншого за допомогою заряджених іонів літію.

Літій-іонні акумулятори зберігають, передають і вивільняють енергію за рахунок електрохімічних процесів. В акумуляторі два електроди, анод і катод. Катод містить позитивно заряджені іони, а анод - негативно заряджені іони. Між двома електродами знаходиться електроліт. В літієвої батареї це зазвичай натуральна паста-розчинник з великим вмістом солей металів (в більшості випадків літію) в складі. Це забезпечує електричну провідність. У електроліті знаходяться анод і катод, які розділені і не стикаються.

Коли ви розряджається батарею (використовуєте телефон і не заряджаєте її), позитивні іони залишають анод, а негативно заряджений катод їх притягує. Електричний струм виходить з анода, йде через ваш пристрій і повертається до катода. Так-так, воно описує коло, а не «витрачається» зарядженим пристроєм. Коли ви заряджаєте свій телефон, відбувається зворотний процес: іони рухаються від катода до анода через електроліт.

Коли ці іони вступають в контакт з зарядженими атомами на електроді, відбувається окислювально-відновна електрохімічна реакція, вона вивільняє заряджені електрони, які проходять через контакти батареї, з'єднані з електродами. За рахунок цього іони літію в електроліті продовжують заряджатися до тих пір, поки їх не бракує, щоб утримувати досить сильний позитивний заряд, що дозволяє рухатися крізь електроліт, і з цього моменту акумулятор перестає заряджатися.

Літій - найлегший метал, третій номер у періодичній таблиці. Також він легко вступає в реакцію, що дозволяє дуже легко цю реакцію викликати. Таким чином, це практично ідеальний метал для використання в портативній багаторазової батареї. Вона мало важить, легко перезаряджається і довгий час здатна тримати заряд.

Що змушує акумулятори вибухати?

Для початку давайте визначимося, що в даному випадку розуміти як вибух. Електролітна паста всередині літій-іонного акумулятора дуже летюча. Вона може легко зреагувати з іншими металами і має дуже низьку температуру плавлення (180 градусів Цельсія). Всередині герметичного корпусу батареї може рости тиск аж до порушення цілісності корпусу, а потім швидко вириватися назовні. Тиск виштовхує дуже гарячий електроліт, який може призвести до пожежі. Деякі літієві батареї оснащені вентиляційним отвором, тому вони не зруйнуються від тиску. Коли руйнується корпус акумулятора і перегріта рідина, що містить розплавлені метали, виривається назовні під тиском, це викликає вибух.

Є два способи змусити вибухнути літієвий акумулятор - перегрів і фізичне пошкодження. Розглянемо обидва ці способи.

Перегрів і перезаряд

Ось найбільш часта причина проблем з батареєю. В процесі зарядки щось порушується, і надходить напруга продовжує підтримувати хімічну реакцію. Одна ділянка батареї стає занадто гарячим, а оскільки зарядка триває, він не може охолодитися, і відбувається те, що називається тепловим розгоном акумулятора.

В цьому випадку гарячий ділянку починає виробляти власне тепло, яке перегріває електроліт по сусідству, а він, у свою чергу, перегріває інші частини батареї. Тепло поширюється електролітом і утворює пар, піднімаючи тиск до тих пір, поки не тріскається корпус батареї, даючи вихід накопичилася тиску і гарячої, липкою і дуже горючою при контакті з повітрям рідини.

Коли таке відбувається, це може заподіяти фізичну шкоду всьому, що знаходиться близько - це плати і скло або пластик. Ці матеріали теж можуть загорятися від нагрівання, що, в свою чергу, запалює потекшіе електроліт, роблячи його чимось на зразок напалму, який прилипає і пропалює поверхню наскрізь або згорає сам.

Процес теплового розгону може відбуватися дуже швидко, і ситуація з розряду норми може перейти до катастрофічної всередині батареї навіть раніше, ніж тепло передасться від апарату вашій руці. На щастя, сотні мільйонів літієвих акумуляторів, вироблених щорічно, мають вкрай малий (статистично майже не значимий) відсоток відмов через теплового розгону, частково завдяки заходам безпеки (на зразок негорючих добавок в складі електроліту і покриттів).

Коли ваш телефон стає занадто гарячим і повідомляє, що не може заряджатися або працювати на повну потужність, йому потрібне охолоджування, щоб не сталося теплового розгону. Послухайте маленького сплив повідомлення і дайте пристрою охолонути.

Механічні пошкодження

Літієві батареї спеціально розроблялися легкмі, високопродуктивними і легко заряджатимуться. А це означає, що зовнішня оболонка і сепарація, що розділяє електроди, дуже тонкі і легкі. Велика частина ваги доводиться на компоненти, які безпосередньо беруть участь в процесі зарядки телефону.

В силу того, що перегородки і корпус батареї тонкі, їх легко порвати або пробити. Якщо батарея пошкоджена так, що це дозволяє стикатися електродів, може статися коротке замикання. Миттєвий електричний розряд вибухонебезпечний, і він може нагріти електроліт і створити тиск, який вирветься через будь-яке пошкодження в корпусі акумулятора. Гаряче, вогненебезпечно, відбувається контакт з іскрою - ось вам і рецепт катастрофи.

Тонкий корпус, як не дивно це звучить, це теж запобіжний засіб. Чим тонше метал, тим простіше його пошкодити, за рахунок цього не утворюється такого великого тиску, виходить отаке вентиляційний отвір. Погано, коли назовні виривається гаряча вогненебезпечна рідина, але ще гірше, коли наростає тиск всередині більш товстого корпусу, поки нарешті не руйнує його.

Інші метали в контакті з електролітній пастою також можуть викликати іскру, яка призведе до вибуху. Можете самі пошукати на YouTube ролики, в яких дуже розумні товариші пробивають акумулятори телефонів, щоб ті вибухнули. Реакцією на контакт з чужорідним металом буде коротке замикання, але в меншому масштабі.

А що ж там з Note 7?

Тільки Samsung достеменно відомо, чому вибухають батареї в Galaxy Note 7. Компанія розіслала в своєму британському підрозділі коротке послання , В якому немає особливого сенсу. Фраза «the anode-to-cathode came into contact» звучить так, ніби описується коротке замикання, але в такому формулюванні це нічого не означає. Але будучи диванним експертом, який своїми очима ніколи не бачив вибухає або вже вибухнув Galaxy Note 7, можна сказати, що найбільш імовірна саме ситуація з замиканням анода на катод.

Оскільки люди повідомляють про вибухи батарей Note 7, які не перебувають на зарядці, і значна частина телефонів, які ми бачимо на фото, не згоріли, можна припускати, що тепловий розгін тут не винен, не дивлячись на те, що Health Canada точно стверджує, що одиничний випадок в Канаді стався від перегріву.

Тепловий розгін - не таке «миттєве» подія, як коротке замикання, і нагрітого електроліту потрібно більше часу, щоб вирватися з батареї з полум'ям, ніж вирватися з її корпусу з вибухом. Згорить більше, ніж частина телефону, а також інші предмети в безпосередній близькості. Також тепловий вибух змусить акумулятор распухнуть, перш ніж порушиться цілісність його гнучкого корпусу, і не маючи подальшого простору для розширення, набрякла батарея зламає кришку самого телефону. Відео на YouTube демонструють, як це відбувається, ось хороший, хоч і старий приклад того, як хтось порушує запобіжні заходи, щоб це відбулося. Хтось, кому, напевно, сказали, що телефон роздується, перш ніж вибухнути.

Навряд чи можна припускати, що якісь сторонні предмети або потрапили на виробництві частинки контактують з електролітом. Це популярна гіпотеза, але якщо в партії апаратів (ми не знаємо, якого розміру партія) виявляться дрібні частинки в електроліті, ми побачимо набагато більше вибухають Galaxy Note 7.

Більш вірогідним здається замикання всередині батареї або в зарядної ланцюга укупі з електролітом, які мають негорючі добавки. Швидкий вибух, який вивільняє невеликий тиск і рідина одночасно, може вичерпати себе, якщо з апаратом ніщо не контактує. Якщо ж станеться контакт з чимось пальним, наприклад, з тим же сидінням джипа, може статися пожежа.

Звичайно, може мати місце маса чинників, про які ми не знаємо. Процес виробництва літій-іонних батарей для телефонів передбачає їх високу безпеку. Але багато що може піти не так.

Попередній звіт Samsung корейським регуляторам називав причиною помилку в виробництві, через яку плати всередині акумулятора контактували один з одним, викликаючи «надмірно високу температуру». У звіті йшлося про те, що потрібно більш ретельний аналіз, щоб з'ясувати точну причину.

Попередні висновки вказують на помилку в виробництві, через яку плати в осередках акумулятора виявляються під тиском. У свою чергу це змушує вступати в контакт позитивний і негативний полюси, викликаючи надмірне підвищення температури. Проте, Samsung акцентує увагу на необхідності більш ретельного аналізу ситуації, щоб визначити «точну причину» пошкодження акумулятора.

Що ми знаємо про Galaxy Note 7 і його акумуляторі

Ми поняття не маємо, що відбувається з Galaxy Note 7, не знає цього і ніхто поза компанією Samsung. Але ми можемо сформулювати обгрунтоване припущення, спираючись на ті малі знання, що у нас є. Galaxy Note 7 визнаний компанією Samsung проблемним апаратом, його виробництво згорнуто, і ми повинні припинити його використовувати і повернути. Власне, для того, щоб позбутися від потенційного джерела небезпеки, нам не треба знати, чому саме апарати вибухають. Як вчинити, залежить лише від вас, як, втім, і те, як поставитися до ситуації в цілому. Ми лише намагалися відкрити завісу над технічною стороною питання.