Kenapa bateri meletup

Pengguna telefon pintar dan tablet tentu mengetahui bahaya letupan bateri litium dalam alat mereka. Dan contoh yang menarik tidak perlu pergi jauh. Sebagai contoh, sebagai contoh, Samsung menghadapi masalah yang menyakitkan secara peribadi, dan terpaksa menarik balik siri pertama Nota 7 baru, sejak bateri meletup tepat dalam proses pengisian. Satu cara atau yang lain, masalahnya tetap sama dari permulaan kemunculan telefon bimbit, bahkan pada tahun 2016, ICAO mengharamkan pengiriman komersial dalam kompartmen kargo pengangkutan awam bateri litium.

Intipati masalah dengan bateri lithium

Faktanya ialah dalam proses mengecas bateri litium dalam peranti mudah alih, menggunakan mikrokontroler yang dibina ke dalam bateri, algoritma yang agak rumit untuk melaksanakan proses ini dilaksanakan supaya suhu bateri tidak melampaui julat suhu yang boleh diterima. Monitor pengawal untuk tujuan ini banyak parameter bateri semasa pengisiannya.

Sebagai tambahan kepada proses pengecasan itu sendiri, penyimpanan bateri juga memerlukan pematuhan dengan peraturan tertentu, terutama mengenai suhu: anda tidak boleh terlalu panas atau terlalu kuat bateri.

Masalah utama yang menyebabkan bateri meletup adalah pemanasan berlebihan elektrolit kerana melebihi suhu yang dibenarkan atau disebabkan oleh litar pintas di dalam sel bateri. Reaksi rantai mudah dimulakan di dalam sel yang terlalu panas, kerana litium logam alkali sangat mudah dinyalakan, akibatnya bateri membengkak dan, dalam keadaan terburuk, meletup.

Dan walaupun terdapat pengawal "penuh perhatian", kecacatan kilang yang tidak disengajakan (ketebalan penebat di antara sel) tidak dapat berlaku dan membawa kepada akibat yang menyedihkan.

Sudah tentu, kejutan, kerosakan, puncture, terlalu panas di bawah matahari adalah berbahaya. Walaupun bateri telah jatuh dan sedikit memukul, pecahan penebat boleh berlaku di dalam, dan pada masa depan ini mungkin membawa kepada masalah yang tiba-tiba, walaupun tanpa terlalu panas yang jelas.

Sebab Letupan untuk Bateri Litium

Anod dan katod bateri litium-ion dipisahkan oleh pemisah polimer berliang. Katod mempunyai bahan aktif di atasnya, di mana oksida logam peralihan sering digunakan, di mana ion lithium tertanam. Anod biasanya grafit. Penyelesaian organik garam litium digunakan sebagai elektrolit.

Semasa tangkapan pertama di kilang itu, litium dibina ke dalam anod dan lapisan bentuk elektrolit terurai pada elektrod, yang kini berfungsi sebagai perlindungan terhadap tindak balas yang tidak perlu, sementara selebihnya mengendalikan ion.

Seperti yang dinyatakan di atas, litar pintas dalaman adalah salah satu punca utama penyalaan diri bateri. Punca litar pintas itu sendiri boleh menjadi kerosakan fizikal atau kecacatan kilang, seperti pemotongan elektrod yang tidak sekata atau pemasukan zarah logam antara katod dan anoda, yang melanggar integriti lapisan pemisah.

Satu lagi sebab bagi penutupan ialah pertumbuhan rantaian logam lithium melalui pemisah (jika ion lithium di kilang tidak mempunyai masa yang cukup untuk disatukan sepenuhnya ke dalam kristal anoda disebabkan oleh pengecasan yang terlalu cepat atau dari overcooling, atau jika kapasiti bahan aktif katoda lebih besar daripada kapasiti anod, yang menyebabkan deposit pada anod, yang kemudiannya perlahan tetapi berkembang dengan pesat).

Oleh itu, jika litar pintas berlaku, maka suhu bateri mula naik, dan apabila mencapai 70-90 ° C, penguraian lapisan pelindung ion pelindung anod bermula. Anoda lithium bereaksi dengan elektrolit, manakala hidrokarbon terbakar seperti etilena, metana, etana, dan lain-lain dibebaskan.Tetapi terlalu awal sebelum api, kerana tidak ada cukup oksigen.

Sementara itu, tindak balas eksotermik aktif dan suhu meningkat, tekanan di dalam kes bateri meningkat. Pada 180-200 ° C, tindak balas penyesuaian bermula di katoda, di mana oksigen dilepaskan. Pencucuhan berlaku, suhu meningkat dengan ketara, dan elektrolit mengurai termal, suhu sudah 200-300 ° C.

Akhir sekali, ia adalah giliran grafit, dan apabila suhu mencapai 660 ° C, aluminium pengumpul semasa mula mencairkan. Suhu maksimum dalam keseluruhan proses ini biasanya tidak mempunyai masa melebihi 900 ° C, kerana semuanya cepat berakhir dengan penguraian lengkap komponen dalaman bateri.

Sudah ada kejayaan dalam mencari penyelesaian kepada masalah ini

Untuk menyelesaikan masalah, pengeluar telefon pintar boleh mengetatkan peraturan, membuat sekatan tambahan dalam peranti dan bateri, meretas pengawal, tetapi ini akan meningkatkan kos bateri dan semua produk yang datang dengan bateri. Syarikat-syarikat bersaing dengan satu sama lain, dan hanya secara ekonomi tidak dapat melakukannya.

Sementara itu, ahli fizik dari Stanford berjuang untuk keselamatan bateri litium, yang kembali pada musim panas 2015 mengembangkan mekanisme perlindungan khas yang dibina ke dalam bateri yang sudah di peringkat produksi.

Sebenarnya, kita bercakap tentang jenis bateri lithium yang baru, yang secara automatik dimatikan apabila bahagian dalamnya mencapai suhu yang berbahaya (yang menghalang proses yang membawa kepada kebakaran berikutnya), dan selepas beberapa saat, selepas penyejukan, mereka akan menghidupkan semula secara automatik.

Penulis pembangunan mendakwa bahawa ini adalah bateri litium pertama yang boleh berulang kali dimatikan dan dipulihkan tanpa kehilangan sifat dan prestasinya.

Perkembangan ini dilakukan selama beberapa tahun oleh sekumpulan beberapa orang (termasuk Zhenan Bao), sebagai akibatnya, bateri tidak mempunyai dua kelemahan utama - penurunan mendadak dalam kapasiti bateri selepas beberapa kitaran pengisian dan, lebih penting lagi, kecenderungan kebakaran dan letupan disebabkan oleh terlalu panas ( tindak balas rantai berhenti secara automatik).

Keputusan itu datang kepada para saintis dari bidang fizik yang sama sekali berbeza. Mereka membuat termometer menggunakan nanopartikel nikel yang tertanam dalam lembaran nipis graphene dan plastik. Ini adalah termometer luar biasa. Pada rehat, zarah nikel bersentuhan antara satu sama lain, iaitu konduktor semasa yang baik diperolehi. Tetapi apabila lembaran dipanaskan, plastik mula berkembang sedikit, yang menyebabkan melemahkan hubungan antara zarah nikel konduktif, dan penentangan keseluruhan konduktor meningkat.

Harta ini digunakan oleh penyelidik dari Stanford untuk perlindungan automatik serta-merta bateri litium dan untuk pemulihan automatik sepenuhnya selepas penyejukan. Mereka melekatkan kepingan plastik tersebut ke salah satu elektrod bateri supaya ia akan kehilangan kekonduksian dengan peningkatan suhu. Dan apabila suhu mencapai 70 ° C

Tetapi walaupun penyelesaian itu, pengeluar peranti mudah alih masih tidak berani untuk mengubah secara drastik teknologi pengeluaran bateri mereka yang telah dibangunkan selama bertahun-tahun. Oleh itu, pengguna alat perlu datang dengan istilah bahaya bateri litium yang berpotensi untuk beberapa waktu, dan cuba untuk tidak menggugurkan atau memanaskan peranti mudah alih mereka, dan terutama bateri. Mungkin dalam masa terdekat masalah itu akan diselesaikan sepenuhnya.

Lihat juga: Penggunaan bateri litium-ion yang betul