Hvorfor eksploderer litium-ion-batterier?

Mens litiumionbatterier er, på det hele tatt, utrolig trygge, gjør de veldig veldig av og til, brann eller eksploderer. Når det skjer, som med Samsungs Galaxy Note 7 fiasco eller HPs nyere laptop tilbakekalling, er det alltid store nyheter. Så hva skjer og hvorfor går batteriene noen ganger ut med et knall? La oss finne det ut.

Oppladbare litiumionbatterier - den typen batteri som er inne i din bærbare, telefon, nettbrett, og stort sett alle andre moderne gadgets du eier, samt elektriske biler og fly - er ansvarlige for den bærbare enheten revolusjonen. Uten litiumionbatterier ville jeg ikke kunne skrive denne artikkelen i en kaffebar; I stedet vil jeg trenge å bli koblet til en strømkilde hele tiden.

Hva er inne i et litium-ion batteri?

For å forstå hvorfor litiumionbatterier noen ganger feiler, må du vite hva som skjer under hetten. Inne i hvert litiumionbatteri er det to elektroder - den positivt ladede katoden og den negativt ladede anoden, skilt av et tynt ark med "mikroperferert" plast som holder de to elektrodene berørt. Når du lade et litiumionbatteri, skyves litiumioner av elektrisitet fra katoden, gjennom mikroperferansene i separatoren og et elektrisk ledende fluid, og til anoden. Når batteriet tømmes, skjer det motsatte med litiumioner som strømmer fra anoden mot katoden. Dette er reaksjonen som driver din bærbare datamaskin.

Små batterier, som de som finnes i smarttelefoner, har vanligvis bare en enkelt litiumioncelle. Større batterier, som i bærbare datamaskiner, har vanligvis mellom 6 og 12 litiumionceller. Batteriene i elbiler og fly kan ha hundrevis av celler.

Hva lager et litium-ion batteri eksplodere?

Det eneste som gjør litiumionbatterier så nyttige er det som også gir dem kapasitet til å fange opp eller eksplodere. Litium er virkelig flott for lagring av energi. Når den er utgitt som en lur, styrer den telefonen hele dagen. Når det slippes helt på en gang, kan batteriet eksplodere.

Dette litiumionbatteriet fra en Japan Airlines Boeing 787 ble brann i 2013.

De fleste litiumionbatterier branner og eksplosjoner kommer ned til et kortslutningsspor. Dette skjer når plastseparatoren svikter og lar anoden og katoden røre ved. Og når de to kommer sammen, begynner batteriet å overopphetes.

Det er flere grunner til at separatoren kan mislykkes:

Dårlige design- eller produksjonsfeil: Batteriet er dårlig utformet, som med Galaxy Note 7. I så fall var det ikke nok plass til elektrodene og separatoren i batteriet. I noen modeller, da batteriet utvidet litt som det lades, bøyde elektrodene seg og forårsaket kortslutning. Selv et godt designet batteri kan mislykkes hvis kvalitetskontrollen ikke holdes tett nok, eller det er noen feil i produksjonen.
Eksterne faktorer: Ekstrem varme er nesten garantert å forårsake en feil. Batterier igjen for nærme en varmekilde - eller fanget i en brann - har vært kjent for å eksplodere. En annen ekstern faktor kan føre til at et litiumionbatteri svikter også. Hvis du slipper telefonen for hardt (eller for mange ganger), er det en sjanse for at du vil skade separatoren og føre til at elektrodene rører. Hvis du går gjennom batteriet (enten ved et uhell eller med vilje), vil du nesten helt sikkert forårsake kortslutning.

Opladerproblemer: En dårlig laget eller dårlig isolert lader kan også skade et litiumionbatteri. Hvis laderen shorts eller genererer varme i nærheten av batteriet, kan det gjøre nok skade for å forårsake feil. Derfor anbefaler vi at du bruker bare offisielle ladere (eller i det minste høy kvalitet tredjeparts fra anerkjente merker). Lithium-ion-batterier har innebygd beskyttelse for å stoppe dem overladning. Selv om disse sikkerhetstiltakene ikke er så sjeldne, er overladning en god måte å overopphete et batteri på.
Termisk Runaway og Multiple Celler: Selv om det ikke er relevant for enkeltcellebatterier som de som finnes i de fleste smarttelefoner (iPhone X har faktisk to celler), trenger bare én batteriselskap å mislykkes for at hele batteriet skal gå. Når en celle overopphetes, får du en dominoeffekt som kalles "termisk runaway." For batterier med hundrevis av celler, som de i Tesla Model S-termisk runaway, har potensialet til å være et veldig stort problem.

Selv om man undersøker hvorfor batteriet i enkelte tilfeller ikke virker et skremmende bilde, er litium-ion-batterier en sikker og moden teknologi. Det faktum at det alltid er nyheter når et batteri eksploderer uventet, viser hvor sjelden en hendelse de store feilene er. Batteriprodusenter legger mange garantier på plass for å hindre at batteriene svikter, eller i det minste redusere skadene som en feil kan forårsake.

Fotokreditt: wk1003mike / Shutterstock.com.