Waarom een ​​batterij van een telefoon kan exploderen: een diepere blik

Onlangs werd een geval gemeld door 9to5Mac waarbij een fietser derdegraads brandwonden opliep aan zijn been doordat zijn iPhone 6 vlam vatte. Het nieuws van spontaan brandende telefoonaccu's is niet iets nieuws, dat al eerder uitgebreid is behandeld, samen met enkele afschuwelijke foto's van verbrande slachtoffers. Toch is de lucht niet duidelijk en we zullen proberen het feitelijke wetenschappelijke fenomeen dat tot de explosies leidt te verminderen, minus die foto's die je misselijk kunnen maken.

De kernbatterijtechnologie in smartphone heeft de afgelopen twee decennia geen baanbrekende vooruitgang geboekt, maar alles eromheen is met sprongen vooruit gegaan. Van batterijbeheer, laadmethoden tot zelfs de kabels met ingebouwde IC's, we voeden onze batterijen tegenwoordig op de meest geavanceerde manier.

Dus het roept de vraag op, waarom kunnen we niet voorkomen dat deze verdomde batterijen zichzelf en iets in de omgeving in rook en vlammen overspoelen? Welnu, om die vraag te beantwoorden, moeten we duiken in de middelbare schoolwetenschap, niet nek-diep maar taille-hoog.

Lithium-ionbatterijen zijn 'strak'

Structuur van Li-ionbatterij speelt een zeer belangrijke rol bij het begrijpen waarom Lithium-ionbatterijen met zoveel waarschuwingen worden geleverd. Zoals te zien in de onderstaande afbeelding, Anode & Cathode, hebben de twee basiscomponenten van de batterij de vorm van vellen. Tussen de twee is een poreuze 'Separator'-plaat aanwezig om kortsluiting te voorkomen. Deze hele combinatie van anode-separator-kathode is meerdere keren gestapeld in de enkele mm dikte van uw gemiddelde smartphonebatterij.

Een dergelijke strakke verpakking maakt de capaciteit van enkele duizenden mAh in slechts enkele mm's dik, maar is ook een onvermijdelijk recept voor een ramp zoals we binnenkort zullen zien.

The Bane: Thermal Runaway

In elke batterij treedt kortsluiting op als anode en kathode in direct contact met elkaar komen. Dit is slecht voor de batterij omdat deze de interne temperatuur van de batterij verhoogt. En in het geval van Li-ion-batterijen is het erger omdat dit een cyclus van zelfontlading start, waardoor de temperatuur verder wordt verhoogd. Dit wordt 'Thermal Runaway' genoemd. En dit fungeert als een voorloper van explosies.

Hier is de dicht opeengepakte structuur van lithium-ionbatterijen zijn eigen vijand, omdat de anode-kathode alleen door een zeer dunne separator wordt gescheiden. Ook de hoge energiedichtheid van Li-ion-batterijen fungeert als brandstof voor het vuur, zodra Thermal Runaway van start gaat.

De belangrijkste redenen waarom het zou kunnen exploderen

Deze gegenereerde gassen veroorzaken de opbouw van de druk in de batterij en leiden uiteindelijk tot een explosie.

Kortsluiting in een batterij treedt niet vanzelf op. Een aantal factoren, variërend van het productieproces tot externe factoren, zoals laad- en werkomgeving, zijn verantwoordelijk, die hieronder worden uitgewerkt.

Fabricagefouten

Als eerste in de lijst met oorzaken die ervoor zorgen dat uw batterij explosief wordt, is de productiekwaliteit en het proces slap. Dit is ook de dominante oorzaak die het gevolg is van het feit dat goedkopere batterijen en telefoons er gevoeliger voor zijn. Hoewel de productie van een Li-ioncel geen raketwetenschap is, moet toch een bepaald niveau van QC worden gehandhaafd omdat de betrokken materialen gevaarlijk en onstabiel zijn (Lithium).

Goedkopere batterijen maken over het algemeen gebruik van een separator van inferieure kwaliteit, die snel degradeert en kortsluiting veroorzaakt. Dergelijke batterijen worden ook niet geassembleerd in schone omgevingen waardoor afzetting van deeltjes rond de terminals weer leidt tot kortsluiting. De externe behuizing voldoet ook niet aan de norm en is onvoldoende om botte krachten en stoten te verdragen.

Oplaadpraktijken

Je telefoon bewaren om 's nachts op te laden of tot 1% leeg te laten? Als u beide dingen doet, hoeft u zich geen zorgen te maken, hierdoor wordt uw telefoon niet geroosterd, maar dit heeft alleen na verloop van tijd invloed op de gezondheid van uw batterij. Li-ion-batterijen zijn vredig in het bereik van 3, 7 tot 4, 2 volt, maar als ze meer dan 5 volt worden opgeladen of als ze onder 3, 2 volt worden ontladen, zullen ze worden geprovoceerd.

Alle smartphones van vandaag hebben ingebouwde schakelingen om de spanning af te wenden die verder gaat dan de limieten, maar nogmaals, in goedkopere en niet-standaard versies gaan deze schakelingen als eerste kaput. Niet-standaard opladers zijn ook even gevaarlijk, temeer omdat het de netvoeding betreft, die zowel voor u als uw batterij dodelijk kan zijn.

iPhone-gebruikers: we hebben een speciale gids voor het opladen van iPhones op de juiste manier.

Lichamelijke schade

Als we naar de geschiedenis van gefrituurde telefoonhoesjes kijken, wordt de oorzaak meestal beschouwd als een batterij van de telefoon die niet-standaard of nep is. Maar aangezien een iPhone in dit geval de boosdoener is, kunnen we dat uitsluiten. Wat lijkt op de waarschijnlijke oorzaak is de harde impact van de val, wat leidt tot breuk van de afscheider en grootschalige kortsluiting. Daarom wordt u geadviseerd uw telefoon niet in woede te slaan.

Batterijverlager

Ten slotte moet ook een beetje worden gezegd over warmte. Een perfect fijne, hoogwaardige batterij ondergaat ook Thermische Runaway als de buitentemperatuur gedurende langere tijd boven de 60 graden Celsius blijft. Plaats uw telefoon dus niet te lang in de buurt van open haarden, kachels of in de zon.

De volgende tabel van BatteryUniversity geeft u informatie over de veilige temperaturen.

Maar waarom de explosie?

Zonder meer in te gaan op technische zaken, wanneer, vanwege een van de bovengenoemde redenen Thermal Runaway optreedt, de warmte in de batterij toeneemt. Bovendien, vanwege het inherente fenomeen Runaway, kan de warmte binnenin tot 150 graden Celsius (302 F) bereiken.

Bij deze temperatuur smelt de afscheider tussen de platen, waardoor op grotere schaal kortsluiting ontstaat.

De smeltafscheider en de superverwarmde elektrolyt ondergaan enkele supercomplexe chemische reacties die enkele gassen produceren. Deze gegenereerde gassen veroorzaken de opbouw van de druk in de batterij en leiden uiteindelijk tot een explosie. Maar dat is niet altijd het resultaat, soms kan de batterij uitpuilen en defect raken.

1. Gebruik een Halon, Halonvervanger of waterblusser om de brand te blussen en verspreiding naar extra brandbare materialen te voorkomen.

2. Spoel het apparaat na het blussen met water of andere niet-alcoholische vloeistoffen om het apparaat te koelen en te voorkomen dat extra batterijcellen de thermische vluchteling bereiken.

En in elk ongelukkig geval besluit een batterij in uw omgeving om zelfverbranding te starten, het bovenstaande advies van FAA (PDF-bestand) moet worden gevolgd om het vuur te doven.

Dus wat hebben we geleerd?

Een ding dat we kunnen concluderen is dat sub-par batterijen en componenten een belangrijke rol spelen in de storingen. Goedkope opladers en kabels zijn ook even aansprakelijk. Maar als u uw telefoon langere tijd aangesloten houdt, zal dit dit niet veroorzaken. En doelbewust batterijen beschadigen, nou die vallen onder de categorie Idiots at Work waaraan niets kan worden gedaan. Ook verandert elke defecte batterij niet in TNT, sommige gaan gewoon uitpuilen, lekken of stoppen met werken.

Ik hoop dat deze uitlegger de vraag in de titel wetenschappelijk heeft beantwoord. Als je nog meer brandende vragen hebt, kun je ons pingen via reacties. Gelukkig en veilig opladen.

LEES OOK: Kan een draagbare powerbank uw vakantie redden zoals mijn opgeslagen mijn?