Varför ett telefonbatteri kan explodera: ett djupare utseende

Nyligen rapporterades ett fall av 9to5Mac där en cyklist drabbades av tredje gradsbrännskador på hans ben på grund av att hans iPhone 6 tog eld. Nyheten om spontant eldfångande telefonbatterier är inte något nytt, som omfattas mycket innan tillsammans med några fruktansvärda bilder av brända offer. Ändå är luften inte klar och vi kommer att försöka förklara det faktiska vetenskapliga fenomenet som leder till explosioner minus några av de foton som kan göra dig illamående.

Kärnbatterietekniken i smarttelefonen har inte sett några banbrytande framsteg under de senaste två decennierna, men allt runtom det har gått steg och gränser. Från batterihantering, laddningsmetoder till till och med kablar med inbyggda IC: er, matar vi ström till våra batterier på det mest sofistikerade sättet idag.

Så det väcker frågan, varför kan vi inte hålla dessa förbaskade batterier från att slingra sig själva och något i närheten i rök och lågor? Nåväl för att svara på den frågan måste vi dyka in i gymnasiets vetenskap, inte nackdjup utan midjehög.

Litiumjonbatterier är "täta"

Strukturen för Li-ion-batteri spelar en mycket viktig roll för att förstå varför Litium-ion-batterier har så många varningar. Som visas i bilden nedan, Anode & Cathode, är de två grundkomponenterna i batteriet i form av ark. Ett poröst "Separator" -ark finns mellan de två för att förhindra kortslutning. Hela kombinationen av Anode-Separator-Cathode är staplad flera gånger i få mm tjocklek på ditt genomsnittliga smartphonebatteri.

En sådan tät packning tillåter kapaciteten på flera tusen mAh i bara några mm tjocklek, men är också ett oundvikligt recept för katastrof som vi snart kommer att se.

The Bane: Thermal Runaway

I vilket batteri som helst, om anod och katod kommer i direktkontakt med varandra, inträffar en kortslutning. Detta är dåligt för batteriet eftersom det ökar batteriets inre temperatur. Och i fallet med Li-ion-batterier är det värre eftersom det startar en cykel med självutladdning, vilket ytterligare ökar temperaturen. Detta kallas "Thermal Runaway". Och detta fungerar som en föregångare till explosioner.

Här är den nära packade strukturen av litiumjonbatterier sin egen fiende eftersom anodkatoden hålls isär bara av en mycket tunn separator. Också den höga energitätheten för Li-ion-batterier fungerar som bränsle för elden, när Thermal Runaway startar.

De främsta orsakerna till att det kan explodera

Dessa genererade gaser orsakar uppbyggnad av trycket inuti batteriet som i slutändan leder till en explosion.

Kortslutning i ett batteri inträffar inte av sig själv. Ett antal faktorer som sträcker sig från tillverkningsprocessen till externa faktorer, såsom laddning & arbetsmiljö, är ansvariga, som beskrivs nedan.

Tillverkningsfel

Först i listan över orsaker som gör att ditt batteri går bom är slack i tillverkningskvalitet och process. Detta är också den dominerande orsaken som upprepar det faktum att billigare batterier och telefoner är mer mottagliga för det. Även om tillverkning av en Li-ion-cell inte är raketvetenskap, måste fortfarande en viss nivå av QC bibehållas eftersom materialen är farliga och instabila (litium).

Billigare batterier använder i allmänhet en Separator av underlägsen kvalitet, som förstörs snabbt och orsakar en kortslutning. Sådana batterier monteras inte heller i rena miljöer vilket orsakar avsättning av partiklar runt terminalerna vilket leder till kortslutning. Det yttre höljet är inte upp till märket och är otillräckligt för att upprätthålla trubbiga krafter och stötar.

Laddningspraxis

Vill du hålla din telefon laddad över natten eller tömma den till 1%? Om du gör båda dessa saker, oroa dig inte, den rostar inte din telefon utan kommer bara att påverka batteriets hälsa över tid. Li-ion-batterier är lugna inom området 3, 7 till 4, 2 volt, men att ladda dem över 5 volt eller tömma dem under 3, 2 volt kommer att provocera dem.

Alla smartphones idag har inbyggda kretsar för att avlägsna spänningen som går utöver gränserna, men återigen i billigare och icke-standardversioner är dessa kretsar först kaput. Icke-standardladdare är också lika farliga, ännu mer eftersom det handlar om nätspänningen, som kan vara dödlig för dig såväl som ditt batteri.

iPhone-användare: Vi har en dedikerad guide för att ladda iPhones på rätt sätt.

Fysisk skada

Om vi ​​tittar på historien med stekt telefonfall, anses grundorsaken i allmänhet vara telefonens batteri som icke-standard eller falsk. Men eftersom en iPhone är den skyldige i det aktuella fallet, kan vi utesluta det. Det som ser ut som den troliga orsaken är den hårda påverkan från fallet, vilket leder till bristning av separatorn och storskalig kortslutning. Det är därför du rekommenderas att inte hamra din telefon i form av raseri.

Batteri smasher

Slutligen bör man också säga lite om värme. Ett helt fint batteri av hög kvalitet kommer också att genomgå Thermal Runaway om den externa temperaturen förblir över 60 grader Celsius under en längre tid. Så undvik att placera telefonen nära eldstäder, värmare eller i solen under längre tid.

Följande tabell från BatteryUniversity guidar dig om de säkra temperaturerna.

Men varför explosionen?

Utan att gå mer in i tekniska grejer, när värmen inuti batteriet ökar, på grund av något av ovanstående skäl. På grund av det inneboende fenomenet Runaway kan dessutom värmen inuti upp till 150 grader Celsius (302 F).

Vid denna temperatur smälter separatorn mellan arken, vilket orsakar kortslutning i större skala.

Smälteseparatorn och superuppvärmd elektrolyt genomgår några superkomplexa kemiska reaktioner som producerar vissa gaser. Dessa genererade gaser orsakar uppbyggnad av trycket inuti batteriet som i slutändan leder till en explosion. Men det är inte alltid resultatet, ibland kan batteriet bara bulta och misslyckas.

1. Använd en Halon, Halon-ersättning eller vattensläckare för att släcka elden och förhindra att den sprids till ytterligare brandfarliga material.

2. Efter att ha släckt branden, douse enheten med vatten eller andra alkoholfria vätskor för att kyla enheten och förhindra att ytterligare battericeller når termisk språng.

Och i alla olyckliga händelser något batteri i din närhet beslutar att starta självförbränning, ovanstående råd från FAA (PDF-fil) bör följas för att döda elden.

Så vad har vi lärt oss?

En sak som vi kan dra slutsatsen är att subpar-batterier och komponenter spelar en viktig roll i felen. Billiga laddare och kablar är också lika ansvariga. Men att hålla telefonen ansluten till längre tid orsakar inte detta. Och medvetet skadande batterier, ja de kommer under kategorin Idiots at Work som ingenting kan göras på. Alla batterier som inte fungerar förvandlas inte till TNT, vissa bara bukta, läcka eller sluta fungera.

Jag hoppas att denna förklarare har svarat på frågan i titel, vetenskapligt. Om du har ännu mer brinnande frågor känner du dig gärna genom kommentarer. Glad och säker laddning.

LÄS Också: Kan en bärbar kraftbank spara din semester som den räddade min?