categorii: Articole prezentate » Fapte interesante
Număr de vizualizări: 14188
Comentarii la articol: 1

De ce explodează bateriile

 

De ce explodează bateriileUtilizatorii de smartphone-uri și tablete sunt bineînțeles conștienți de pericolul de explozie al bateriilor cu litiu din gadgeturile lor. Iar exemple izbitoare nu trebuie să ajungă departe. Recent, de exemplu, Samsung s-a confruntat cu o problemă dureroasă personal și a fost nevoit să reamintească prima serie a noii Note 7, deoarece bateriile au explodat chiar în procesul de încărcare. Într-un fel sau altul, problema rămâne aceeași de la începutul apariției telefoanelor mobile, chiar și în 2016, OACI a interzis expedierile comerciale în compartimentele de marfă ale transportului civil baterii cu litiu.


Esența problemei cu bateriile cu litiu

Cert este că în procesul de încărcare a unei baterii de litiu într-un dispozitiv mobil, folosind microcontrolerul încorporat în baterie, este implementat un algoritm destul de complicat pentru implementarea acestui proces, astfel încât temperatura bateriei să nu depășească intervalul de temperaturi acceptabil. Regulatorul monitorizează în acest scop mulți parametri ai bateriei în timpul încărcării sale.

Pe lângă procesul de încărcare în sine, stocarea bateriei necesită, de asemenea, respectarea anumitor reguli, în special în ceea ce privește temperatura: nu puteți supraîncălzi și nici să nu supraîncălziți bateria.

Esența problemei cu bateriile cu litiu

Principala problemă care determină explozia bateriilor este încălzirea excesivă a electrolitului din cauza depășirii temperaturii admise sau din cauza unui scurtcircuit în interiorul bateriei. Reacția în lanț este inițiată cu ușurință în interiorul celulei supraîncălzite, deoarece litiu metal alcalin este foarte ușor aprins, ca urmare a bateriei se umflă și, în cel mai rău caz, explodează.

Chiar și în ciuda prezenței unui controler „atent”, un defect accidental din fabrică (grosimea insuficientă a izolatorului dintre celule) poate avea loc și poate duce la consecințe triste.

Desigur, șocul, defalcările, punctele, supraîncălzirea la soare sunt periculoase. Chiar dacă bateria a căzut și a lovit ușor, se poate produce o defecțiune a izolatorului în interior, iar în viitor acest lucru poate duce la probleme bruste, chiar și fără supraîncălzire evidentă.


Motivul exploziei pentru bateriile cu litiu

Anodul și catodul bateriei litiu-ion sunt separate de un separator de polimer poros. Catodul are un material activ pe el, pentru care sunt adesea folosiți oxizi din metale de tranziție, în care se încorporează ioni de litiu. Anodul este de obicei grafit. Ca electrolit se folosește o soluție organică de săruri de litiu.

În timpul primei încărcări la instalație, litiu este încorporat în anod și se formează un strat de electrolit descompus pe electrozi, care servește acum ca protecție împotriva reacțiilor inutile, rămânând conducător ionic.

Motivul exploziei pentru bateriile cu litiu

După cum sa menționat mai sus, un scurtcircuit intern este una dintre principalele cauze ale auto-aprinderii bateriei. Cauza scurtcircuitului în sine poate fi deteriorarea fizică sau defecte din fabrică, cum ar fi tăierea neuniformă a electrozilor sau intrarea particulelor de metal între catod și anod, care încalcă integritatea stratului separator.

Un alt motiv al închiderii este creșterea lanțurilor metalice de litiu prin separator (în cazul în care ionii de litiu din fabrică nu au avut suficient timp pentru a se integra complet în cristalul de anod din cauza încărcării excesiv de rapide sau de la supraînvelire, sau dacă capacitatea materialului catod activ este mai mare decât capacitatea anodului, ceea ce duce la depuneri pe anod, care apoi crește încet dar inexorabil).

Așadar, dacă a apărut un scurtcircuit, atunci temperatura bateriei începe să crească, iar atunci când atinge 70-90 ° C, începe descompunerea stratului protector ionic al anodului. Anodul de litiu reacționează cu un electrolit, în timp ce sunt eliberate hidrocarburi combustibile precum etilenă, metan, etan etc.Dar este prea devreme înainte de foc, pentru că nu există suficient oxigen.

Între timp, reacția exotermă este pornită și temperatura crește, presiunea din interiorul carcasei bateriei crește. La 180-200 ° C, reacția de disproporționare începe la catod, unde se eliberează oxigen. Se produce aprinderea, temperatura crește brusc, iar electrolitul se descompune termic, temperatura este deja de 200-300 ° C.

În cele din urmă, este rândul grafitului, iar când temperatura atinge 660 ° C, aluminiul colectorului curent începe să se topească. Temperatura maximă în acest întreg proces, de obicei, nu are timp să depășească 900 ° C, deoarece totul se termină rapid cu descompunerea completă a componentelor interne ale bateriei.

Explozie a bateriei

Deja există succes în găsirea unei soluții la problemă

Pentru a rezolva problema, producătorii de smartphone-uri pot întări regulamentul, pot produce siguranțe suplimentare în dispozitive și baterii, pot complica controlerele, dar acest lucru va crește costul bateriilor și al tuturor produselor care vin cu o baterie. Companiile concurează între ele și pur și simplu economic nu o pot face.

Între timp, fizicienii de la Stanford luptă pentru siguranța bateriilor cu litiu, care în vara anului 2015 au dezvoltat un mecanism de protecție special, care este încorporat în baterie deja în stadiul de producție.

De fapt, vorbim despre un nou tip de baterii cu litiu, care se opresc automat atunci când interiorul lor atinge o temperatură potențial periculoasă (care împiedică procesul care duce la incendiu ulterior), iar după un timp, după răcire, se pornesc din nou automat.

Autorii dezvoltării susțin că aceasta este prima baterie de litiu care se poate opri și restabili în mod repetat, fără a-și pierde proprietățile și performanțele.

Dezvoltarea a fost realizată timp de câțiva ani de o echipă de mai multe persoane (inclusiv Zhenan Bao), în consecință, o baterie a fost lipsită de două dezavantaje principale - o scădere accentuată a capacității bateriei după mai multe cicluri de reîncărcare și, mai important, o tendință la foc și explozie din cauza supraîncălzirii ( reacția în lanț se oprește automat).

Decizia a ajuns oamenilor de știință dintr-un domeniu complet diferit al fizicii. Au realizat termometre folosind nanoparticule de nichel încorporate într-o foaie subțire de grafen și plastic. Acestea erau termometre neobișnuite. În repaus, particulele de nichel erau în contact între ele, adică s-a obținut un conductor bun de curent. Dar când foaia a fost încălzită, plasticul a început să se extindă ușor, ceea ce a dus la o slăbire a contactului dintre particulele conductoare de nichel, iar rezistența întregului conductor a crescut.

Această proprietate a fost utilizată de cercetătorii de la Stanford pentru protecția automată instantanee a bateriilor cu litiu și pentru restaurarea completă automată a contactului după răcire. Au lipit o foaie de astfel de plastic pe unul dintre electrozii bateriei, astfel încât să piardă conductivitatea odată cu creșterea temperaturii. Iar când temperatura atinge 70 ° C

Telefon mobil modern

În ciuda soluției, producătorii de dispozitive mobile încă nu îndrăznesc să schimbe drastic tehnologia de producție a bateriilor lor dezvoltată de-a lungul anilor. Prin urmare, utilizatorii de gadgeturi vor trebui să ajungă la un termen cu potențialul pericol al bateriilor cu litiu de ceva timp și să încerce să nu renunțe la sau să se supraîncălzească dispozitivele mobile și, în special, bateriile. Poate că în viitorul apropiat problema va fi rezolvată complet.

Vezi și: Utilizarea corectă a bateriilor cu ioni de litiu

Consultați și la i.electricianexp.com:

  • Baterii cu polimer de litiu
  • Baterii cu ioni de litiu
  • Baterie transparentă
  • Baterii din aluminiu
  • Rezistența internă a bateriei

  •  
     
    Comentarii:

    # 1 a scris: Ruslan | [Cite]

     
     

    "încălzirea excesivă a electrolitului datorită depășirii temperaturii admise" - tuftalogichny tuftalogika tuftalogii.