Varför sprider litiumjonbatterier?
Medan litiumjonbatterier i allmänhet är otroligt säkra gör de väldigt mycket av och till och eldar eller exploderar. När det händer, som med Samsungs Galaxy Note 7 fiasco eller HPs senaste bärbara återkallelse, är det alltid stora nyheter. Så vad händer och varför går batterierna ibland med ett smäll? Låt oss ta reda på.
Uppladdningsbara litiumjonbatterier-den typ av batteri som finns i din bärbara dator, telefon, surfplatta och nästan alla andra moderna gadgetar du äger, liksom elbilar och flygplan-är ansvariga för den bärbara enhetens revolution. Utan litiumjonbatterier skulle jag inte kunna skriva den här artikeln i en kafé; istället skulle jag behöva anslutas till en strömkälla hela tiden.
Vad finns inne i ett litiumjonbatteri?
För att förstå varför litiumjonbatterier ibland misslyckas, behöver du veta vad som händer under huven. Inuti varje litiumjonbatteri finns det två elektroder - den positivt laddade katoden och den negativt laddade anoden separeras av ett tunt ark av "mikroperfererad" plast som håller de två elektroderna i beröring. När du laddar ett litiumjonbatteri, trycks litiumjoner genom el från katoden, genom mikroperferationerna i separatorn och en elektriskt ledande vätska, och till anoden. När batteriet urladdas sker det motsatta med litiumjoner som strömmar från anoden mot katoden. Det här är den reaktion som driver din bärbara dator.
Små batterier, som de som finns i smartphones, brukar bara ha en enda litiumjoncell. Större batterier, som i bärbara datorer, har normalt mellan 6 och 12 litiumjonceller. Batterierna i elbilar och flygplan kan ha hundratals celler.
Vad gör ett litiumjonbatteri explodera?
Det enda som gör litiumjonbatterier så användbara är det som också ger dem kapacitet att fånga eld eller explodera. Litium är riktigt bra för att lagra energi. När den släpps som en dricks, driver den din telefon hela dagen. När det släpps på en gång kan batteriet explodera.
Detta litiumjonbatteri från en Japan Airlines Boeing 787 slog i brand år 2013. De flesta litiumjonbatterier och explosioner hamnar på ett problem med kortslutning. Detta händer när plastavskiljaren misslyckas och låter anoden och katoden röra. Och när de två kommer ihop börjar batteriet att överhettas.
Det finns ett antal skäl att separatorn kan misslyckas:
- Dålig design eller tillverkningsfel: Batteriet är dåligt utformat, som med Galaxy Note 7. I så fall fanns det inte tillräckligt med utrymme för elektroderna och separatorn i batteriet. I vissa modeller, när batteriet expanderades lite som det laddades, böjde elektroderna och orsakade en kortslutning. Även ett välbyggt batteri kan misslyckas om kvalitetskontrollen inte hålls tillräckligt tätt eller det finns viss tillverkningsbrist.
- Externa faktorer: Extrem värme garanteras nästan ett misslyckande. Batterierna lämnade för nära en värmekälla - eller fångas i en eld - har varit kända för att explodera. Annan extern faktor kan också leda till att ett litiumjonbatteri misslyckas. Om du släpper telefonen för hårt (eller för många gånger) finns det risk att du skadar avskiljaren och orsakar elektroderna att röra vid. Om du piercerar batteriet (antingen av misstag eller medvetet), så kommer du nästan säkert att orsaka kortslutning.
- Laddare problem: En dåligt tillverkad eller dåligt isolerad laddare kan också skada ett litiumjonbatteri. Om laddaren shorts eller genererar värme nära batteriet kan det göra tillräckligt med skador för att orsaka fel. Därför rekommenderar vi att du använder endast officiella laddare (eller åtminstone högkvalitativa tredje part från välrenommerade varumärken). Litiumjonbatterier har byggt in skydd för att stoppa överladdning. Medan dessa säkerhetsåtgärder misslyckas är överladdning ett bra sätt att överhetta ett batteri.
- Termisk Runaway och Multipelceller: Medan det inte är relevant för batterier med enstaka celler som de som finns i de flesta smartphones (iPhone X har faktiskt två celler), behöver bara en batterilucka misslyckas för att hela batteriet ska gå. När en cell överhettas får du en dominoeffekt som kallas "termisk runaway". För batterier med hundratals celler som de i Tesla Model S-termiska bortfallet har potentialen att vara ett riktigt stort problem.
Även om man undersöker varför batteriet ibland misslyckas målar en skrämmande bild, är litiumjonbatterier en säker och mogen teknik. Det faktum att det alltid är nyheter när ett batteri exploderar oväntat visar hur sällsynt en händelse de stora misslyckandena är. Batteriproducenter lägger mycket skyddsåtgärder på plats för att förhindra batterier, eller åtminstone mildra den skada ett fel kan orsaka.
Fotokredit: wk1003mike / Shutterstock.com.
