Почему взрываются аккумуляторы

Пользователи смартфонов и планшетов конечно знают о проблеме взрывоопасности литиевых аккумуляторов своих гаджетов. И за яркими примерами далеко ходить не приходится. Недавно, например, компания Самсунг столкнулась с наболевшей проблемой лично, и была вынуждена отозвать первую серию нового Note 7, поскольку аккумуляторы взрывались прямо в процессе зарядки. Так или иначе, проблема остается таковой с начала появления сотовых телефонов, ИКАО даже в 2016 году запретила к перевозке в грузовых отсеках гражданского транспорта коммерческие партии литиевых аккумуляторов.

Суть проблемы с литиевыми аккумуляторами

Дело в том, что в процессе заряда литиевого аккумулятора в мобильном устройстве, при помощи встроенного в аккумулятор микроконтроллера реализуется довольно сложный алгоритм осуществления этого процесса, чтобы температура батареи не выходила бы за пределы приемлемого температурного диапазона. Контроллер отслеживает для этой цели многие параметры батареи в процессе ее зарядки.

Кроме непосредственно процесса зарядки, хранение аккумулятора тоже требует соблюдения некоторых правил, особенно касательно температуры: нельзя ни перегревать, ни переохлаждать аккумулятор.

Основная проблема, приводящая к взрыву аккумуляторов — это чрезмерный разогрев электролита из-за превышения допустимой температуры или вследствие короткого замыкания внутри аккумуляторной ячейки. Цепная реакция легко инициируется внутри перегревшейся ячейки, ведь щелочной металл литий очень легко воспламеняется, вследствие чего батарея вздувается и в худшем случае — взрывается.

И даже несмотря на наличие «внимательного» контроллера, случайный заводской брак (недостаточная толщина изолятора между ячейками) может иметь место и привести к печальным последствиям.

Конечно опасны удары, пробои, проколы, перегрев на солнце. Даже если батарея упала и слегка ударилась, внутри может произойти нарушение изолятора, и в дальнейшем это возможно приведет к внезапной неприятности, даже без явного перегрева.

Причина взрывоопасности литиевых аккумуляторов

Анод и катод литий-ионного аккумулятора разделены сепаратором из пористого полимера. Катод имеет на себе активный материал, в качестве которого зачастую применяют оксиды переходных металлов, в которые встроены ионы лития. Анод, как правило, графитный. Органический раствор солей лития используется в качестве электролита.

При первой зарядке на заводе, литий встраивается в анод и на электродах образуется слой разложившегося электролита, который теперь служит защитой от лишних реакций, оставаясь при этом ион-проводящим.

Как отмечалось выше, внутреннее короткое замыкание — одна из основных причин самовозгорания аккумулятора. Причиной же самого короткого замыкания может стать физическое повреждение или заводской брак, типа неровной нарезки электродов или попадания металлических частиц между катодом и анодом, которые нарушают целостность слоя сепаратора.

Еще одна причина замыкания — прорастание цепочек металлического лития через сепаратор (если ионы лития еще на заводе не успели до конца встроиться в кристалл анода из-за чрезмерно быстрой зарядки или от переохлаждения, либо если емкость активного материала катода больше емкости анода, что приводит к отложениям на аноде, которые потом медленно, но неумолимо растут).

Так вот, если короткое замыкание произошло, то температура аккумулятора начинает подниматься, и при достижении 70-90°C начинается разложение защитного ион-проводящего слоя анода. Литий анода реагирует с электролитом, при этом выделяются горючие углеводороды, такие как этилен, метан, этан и т. д. Но до возгорания еще рано, ведь не хватает кислорода.

Между тем экзотермическая реакция идет и температура растет, давление внутри корпуса аккумулятора повышается. При 180-200°C начинается реакция диспропорционирования на катоде, где и выделяется кислород. Происходит воспламенение, температура резко повышается, а электролит термически разлагается, температура уже 200-300°C.

Наконец, наступает очередь графита, и с достижением температуры в 660°C начинает плавиться алюминий токоприемника. Максимальная температура во всем этом процессе обычно не успевает превысить 900°C, поскольку все быстро заканчивается полным разложением внутренних компонентов аккумулятора.

Уже есть успехи в поисках решения проблемы

Для решения проблемы производителям смартфонов можно ужесточить регулирование, сделать дополнительные предохранители в аппаратах и в аккумуляторах, усложнить контроллеры, однако это приведет к удорожанию аккумуляторов и всей продукции, в комплекте с которой аккумулятор продается. Компании конкурируют между собой, и просто экономически не могут пойти на это.

А тем временем за безопасность литиевых аккумуляторов борются физики из Стенфорда, которые еще летом 2015 года разработали специальный защитный механизм, встраиваемый в аккумулятор уже на стадии производства.

По сути речь идет о новом виде литиевых батарей, которые автоматически отключаются при достижении их внутренностями потенциально опасной температуры (что и предотвращает процесс, приводящий к последующему возгоранию), а через некоторое время, после остывания, автоматически включаются вновь.

Авторы разработки утверждают, что это первая литиевая батарея, которая сможет многократно отключаться и восстанавливаться без потери своих свойств и рабочих характеристик.

Разработка велась несколько лет коллективом из нескольких человек (в числе которых Чженань Бао), в итоге получилась батарея, лишенная двух главных недостатков — резкого снижения емкости аккумулятора после нескольких циклов перезаряда и, что более важно, склонности к возгораниям и взрывам из-за перегрева (цепная реакция автоматически останавливается).

Решение пришло к ученым совсем из другой области физики. Они делали термометры используя наночастицы никеля, встроенные в тонкий лист из графена и пластика. Это были необычные термометры. В покое частицы никеля друг с другом соприкасались, то есть получался хороший проводник тока. Но когда лист разогревался, пластик начинал немного расширяться, что приводило к ослаблению контакта между проводящими никелевыми частичками, и сопротивление всего проводника возрастало.

Вот это свойство и применили исследователи из Стенфорда для мгновенной автоматической защиты литиевых батарей и для полного автоматического восстановления контакта после остывания. Они приклеили лист такого пластика к одному из электродов батареи, чтобы он терял проводимость с ростом температуры. И когда температура достигает 70°C

Но несмотря на найденное решение, производители мобильных устройств все равно не решаются резко менять наработанную годами технологию производства своих аккумуляторов. Поэтому пользователям гаджетов придется еще на некоторое время смириться с наличием потенциальной опасности литиевых батарей, и стараться не ронять и не перегревать свои мобильные устройства, а тем более аккумуляторы. Возможно в скором будущем проблема будет полностью решена.

Источник

Причины возгораний Li-ion аккумуляторов, как и чем их тушить

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы внешне напоминают привычные пальчиковые батарейки, однако имеют огромное преимущество над ними в силе тока и емкости. Им нашлось применение в современных как бытовых приборах, так и в технике: от смартфонов до электромобилей.

Сотовый телефон. Почему они загораются и взрываются?

Следует помнить, что как и любая другая батарейка, литий-ионный аккумулятор несет в себе некоторые риски. Несмотря на то, что такая батарейка имеет относительно небольшой размер, последствия ее взрыва могут быть весьма печальными. Неправильная эксплуатация и утилизация могут стать причиной ожога, отравления и загрязнения окружающей среды.

Но, пожалуй, самое страшное, что может случиться в квартире – это пожар. А значит, каждый обязан быть в курсе того, что делать, если причиной возгорания стал литий-ионный аккумулятор.

Прежде всего следует отметить, что возгорание аккумулятора этого типа – крайне редкое дело. Он скорее вздуется, и из него вытечет электролит, но тем не менее в новостях каждый год описывают случаи взрыва аккумуляторов у смартфонов и прочих гаджетов.

Причины взрыва

Для того чтобы понять отчего происходит самовозгорание литий-ионных аккумуляторов, стоит вспомнить школьный курс физики и химии. Причина кроется в коротком замыкании между катодом и анодом, при котором повышается сила тока, явление разогревает элемент питания. Когда температура нагрева находится в пределах 70-90° С расплавленный литий вступает в реакцию с электролитом.

Выделяются взрывоопасные вещества, но без кислорода взрыва не возникает. Верным решением в описанной ситуации станет-разлом корпуса. Так или иначе, возгорание все равно случится, но в данном случае это будет именно горение, а не взрыв. Предположим, что аккумулятор крепкий. В скором времени температура повысится до 200 °С, а материал катода начнет разлагаться с выделением кислорода. Ускорит процесс термическое разложение электролита.

Теперь самое время вспомнить, что присутствие углеводородов, окислителя в виде кислорода и высокая температурная отметка – идеальное сочетание для взрыва.

В дальнейшем стоит ожидать, что взрывной волной будет сорвана крышка батарейного отсека либо пострадает девайс целиком. Второй вариант несет в себя серьезную опасность для пользователя устройства. Не исключено что, нагрев аккумулятора достигнет температуры 660-900 °С. Явление станет свидетельством реакции электролита и графита, расплавится алюминиевый токоприёмник.

Короткое замыкание, как правило, становится следствием физического воздействия на батарею. Если при ударе анод и катод соприкоснутся, подобный исход запустит необратимую реакцию.

Еще одной причиной самовозгорания может стать банальный перегрев, вызванный эксплуатацией неподходящего зарядного устройства или длительного пребывания электроприбора под солнцем. Из-за воздействия высокой температуры АКБ распирает, скорость химических реакций значительно возрастает.

Старение аккумулятора тоже увеличивает риск возгорания смартфона, планшета и гироскутера.

Чаще всего взрываются батарейки, чей срок службы давно истек. По прошествии 4-5 лет корпус и внутренности батарейки претерпевают изменения вследствие действия электролита, и потому аккумулятор становится крайне уязвим к перепаду температур, вибрации, короткому замыканию и механическим повреждениям. Из-за замыкания химические вещества, содержащиеся внутри аккумулятора, вступают в реакцию и образуют газы. Он начинает греться и вздувается.

Разумеется, аккумулятор обладает защитой: это специальный клапан, который открывается под определенным давлением и позволяет газам выйти наружу. Но иногда скорость реакции внутри настолько велика, что происходит настоящий взрыв батарейки, при котором вы видим потоки искр. Так воспламеняются газы при контакте с кислородом из атмосферы.

Почему взрываются

Как тушить

Как бы мы не старались избежать неприятных ситуаций связанных с возгоранием АКБ, от приобретения некачественной продукции никто не застрахован. Столкнувшись с проблемой возгорания аккумулятора, принадлежащего смартфону, планшету или гироскутеру необходимо четко следовать правилам ликвидации горения:

1. Оказавшись в неприятной ситуации – самое главное сохранять спокойствие.
2. Если электроприбор задымил, находясь на зарядке – обесточьте его. Для этого нужно ограничить питание при помощи автомата на щитке или вытащить вилку из розетки. Ни в коем случае не касайтесь горящего устройства!
3. Остановите поступление кислорода, он поддерживает горение. Накройте устройство кастрюлей или плотным одеялом.

Что делать, если загорелась аккумуляторная батарея мобильного устройства (гаджета)

Внимание. Если химическая реакция в аккумуляторе запущена, остановить ее вряд ли удастся. Либо она прекратится без всякого вмешательства, либо прибор взорвется. Как бы там ни было, стоит позаботиться о том, чтобы последствия были минимальными:

1. Если обстоятельства позволяют, выбросьте прибор или батарею, туда, где горение и взрыв не навредит.
2. Если времени для раздумья нет – накройте устройство чем-то, что плохо горит и сможет сдержать осколки при взрыве.

Важно. Для тушения чистого лития нельзя использовать воду, соединяясь с ней вещество образует взрывоопасную смесь.

К счастью в современных АКБ в чистом виде металлический литий не применяется, поэтому тушение водой им не повредит. Если же инцидент коснулся не перезаряжаемой литиевой батарейки, тут уж нужно поберечься.

Если устройство было подключено к сети, в первую очередь нужно выдернуть шнур из розетки. Горение аккумулятора от этого не прекратится, но так вы обезопасите себя и свою квартиру от больших повреждений. Постарайтесь отнести устройство в огнеупорное место, например, в ванну или кухонную раковину. Дайте ему просто выгореть и остыть, а затем утилизируйте.

Порошковый огнетушитель – самое действенное средство борьбы с горящим литий-ионным аккумулятором. Но в критической ситуации подойдут любые стандартные противопожарные меры: тушение водой, песком, плотной тканью.

Следует напомнить, что мы говорим об аккумуляторах маленького размера. Тушение водой крупных Li-ion батарей, которыми оснащены электромобили, крайне опасно из-за бурной реакции лития с водой.

Воспламенение аккумулятора

Источник

Возгорание аккумулятора телефона

За последние пять лет участились случаи взрывов аккумуляторов в смартфонах. Поняв принцип работы батареи, можно предотвратить взрыв. Владельцы телефонов также могут обезопасить себя, ознакомившись с правилами тушения таких возгораний.

Что внутри аккумулятора смартфона

Легче будет понять причины взрыва батареи после разбора принципа ее действия.

Аккумулятор работает за счет протекания электрохимических процессов. Внутри батареи находятся два электрода, один – с ионами положительного заряда (катод), другой – с отрицательными (анод). Их отделяет друг от друга перегородка (электролит) – паста с содержанием солей лития.

При использовании девайса частицы с положительным зарядом покидают анод из-за притяжения их катодом с отрицательным зарядом. При зарядке устройства процесс идет в обратную сторону: ионы проходят через электролит от катода к аноду. Ионы контактируют с частицами на электроде, и заряженные электроны освобождаются. Они идут через контакты аккумулятора, соединенные с электродами.

Из-за этой реакции ионы лития заряжаются, пока не накопится достаточное их количество, чтобы держать мощный положительный заряд, позволяющий ионам проходить сквозь электролит. В этот момент зарядка батареи останавливается.

Литий-ионный аккумулятор

Причины возгорания и взрыва аккумулятора

Взрыв или возгорание аккумулятора телефона может произойти по разным причинам. Разберем механизм самого явления.

Как уже говорилось выше, внутри батареи находится электролитная паста. Данный материал довольно летучий и может вступить в реакцию с остальными веществами. Он обладает сравнительно низкой температурой плавления – всего 180 °C.

Давление внутри корпуса аккумулятора может повышаться до его разгерметизации. Однако после того как корпус потеряет свою целостность, давление резко вырвется наружу. Снаружи оказывается горячий электролит, вызывающий воспламенение.

Некоторые аккумуляторы оборудованы вентиляционным отверстием, из-за которого давление внешне им не вредит, и внутренние процессы нарастания давления протекают незаметно. Именно в таких батареях происходят взрывы: перегретая жидкость с примесью жидких, горячих металлов под давлением вырывается наружу.

Короткое замыкание

Происходит, когда две отдельные электрические цепи соприкасаются друг с другом. В смартфоне замыкание случается по нескольким причинам:

• попадание воды в телефон;
• использование несовместимого зарядного устройства;
• перегрев телефона.

Короткое замыкание телефона проявляется следующим образом:

• устройство не включается;
• батарея быстро заряжается;
• телефон часто перегревается;
• программы зависают;
• девайс перезагружается или выключается без команды владельца.

Следует перестать пользоваться устройством, если были замечены вышеперечисленные явления.

Возгорание аккумулятора

Нагрев

Часто сопровождается перезарядом аккумулятора. Во время зарядки устройства нарушается механизм остановки заряда, и напряжение поддерживает реакцию, протекающую внутри батареи. Один участок аккумулятора нагревается сильнее остальных, и из-за продолжающегося процесса он не охлаждается. Такое явление называют «тепловой разгон».

Участок вырабатывает собственное тепло, нагревая остальные части устройства. Образовавшийся пар повышает давление, пока корпус батареи не треснет.

Основная опасность такого возгорания заключается в выходе наружу горячей жидкости. Крайне горючая, она воспламеняет материалы, на которые попадает.

Благодаря негорючим добавкам в составе электролита и специальным покрытиям тепловой разгон в современных телефонах случается очень редко.

Старение

Основная причина старения батареи – ее окисление. Данный процесс постоянен и не происходит только во время зарядки устройства. Свойства аккумулятора ухудшаются, батарея перегревается все чаще, что ведет к возгоранию или взрыву при длительной зарядке или усиленном использовании устройства.

Ремонт

Неправильный ремонт батареи или телефона также может привести к возгоранию. Любые механические повреждения аккумулятора, проколы и удары способны привести к чрезмерному нагреву элемента.

Специалисты рекомендуют ремонтировать телефоны только в сертифицированных центрах ремонта техники. Разбор литиевой батареи должен производиться лишь квалифицированным мастером!

Реальные случаи взрывов телефонных аккумуляторов

По статистике 2015 года, чаще всего происходили самовоспламенения батареи в смартфонах фирмы «Самсунг» после выпуска флагмана Galaxy Note 7. После множественных происшествий компания Samsung отозвала крупную партию смартфонов (около 2,5 млн единиц продукции).

В 2016 году фирма полностью остановила производство опасной модели. Всем успевшим купить телефон концерн посоветовал отключить устройство и сдать в сертифицированные центры с полным возвратом денег, на правах гарантийного случая.

Видео и фото возгорания телефона можно найти онлайн.

Взорвавшийся девайс спровоцировал пожар в доме топ-менеджера РЖД Александра Кириенко. По словам пострадавшего, он оставил телефон на зарядке и отошел в соседнюю комнату. Мужчина вернулся после того, как услышал громкий хлопок. В комнате загорелся смартфон и диван, на котором он лежал. Александр не смог сам справиться с огнем и был доставлен в ожоговый центр с серьезными повреждениями. Остальные люди, находившиеся в доме, не пострадали.

Впрочем, возгорание телефона может иметь более драматичные последствия. В Калуге от взрыва телефона в 2019 году погиб семилетний мальчик. По информации Следственного Комитета РФ по Курганской области, после подсоединения к сети питания смартфон взорвался в руках ребенка. От полученных травм мальчик скончался.

В марте 2018 года от взрыва девайса погибла восемнадцатилетняя девушка из Индии. Во время разговора по телефону она подключила устройство к сети питания, в результате чего произошел взрыв. Девушка потеряла сознание. Несчастная скончалась в больнице, так и не приходя в него.

Наиболее известный случай – смерть Назрина Хассана, генерального директора компании Cradle Fund. Полиция установила, что пострадавший был обездвижен тупой травмой головы в результате взрыва телефона. Далее пламя перекинулось на матрас, пострадавший задохнулся продуктами горения.

Алгоритм действий при возгорании телефона

Телефон может воспламениться в мгновение ока. Однако в некоторых случаях смартфон подает своему владельцу сигналы о будущем происшествии. К тревожным знакам относятся:

1. Нагрев устройства. Неважно, чем он вызван – длительной зарядкой или солнечными лучами. Ясно одно: телефон нужно охладить. Отключите его от сети. По возможности извлеките аккумулятор или выключите телефон. Перенесите девайс в более безопасное место, положите его на негорючую поверхность.
2. Деформация корпуса. В данной ситуации попытайтесь выключить телефон, отключите его от сети, если он подключен. Когда корпус заметно «надувается», то как можно скорее отнесите устройство в безопасное место. Хорошо подойдут ванна, раковина или негорючая поверхность и любая металлическая емкость с толстыми стенками, которую можно использовать в качестве крышки.
3. Появление дыма. В этой ситуации эксперты советуют забыть о телефоне – его уже, скорее всего, не отремонтировать. Задача хозяина устройства – спасти себя и свое имущество. Смартфон нужно отключить от сети, перенести в безопасное место и начать тушение.

Если горение устройства все же началось, то нужно действовать незамедлительно. Особенную опасность несет в себе самовозгорание мобильного телефона в кармане куртки или брюк. Как не усугубить ситуацию и что делать, чтобы сократить потери – указано в таблице ниже.

Нельзя!	Вместо этого…
Приступать к тушению устройства, подключенного к сети	Отключите телефон от сети электропитания
Заливать горящий телефон водой	Используйте для тушения пенный, сухой химический или углекислотный огнетушитель
Вдыхать дым, исходящий из горящего смартфона	Закройте дыхательные пути или задержите дыхание
Бросать воспламенившееся устройство	Удар может спровоцировать взрыв. Не прикасайтесь к горящему телефону, если его безопасная транспортировка невозможна
Использовать в качестве заградительной крышки посуду из стекла или керамики	Используйте только металлические емкости с толстыми стенками: кастрюли или тазы
Пытаться потушить пожар, если вы не уверены в своих силах и знаниях.	Если у вас возникли сомнения, позвоните по номеру 112

Внимание! Если под рукой не оказалось огнетушителя, для тушения устройства подойдут пищевая сода, земля, песок или плотная ткань.

Как избежать возгорания

Профилактика воспламенения батареи играет не последнюю роль в предотвращении несчастных случаев. В ситуации с заводским браком данные советы бессильны, но если телефон работает исправно, то эти простые меры безопасности продлят жизнь аккумулятора.

Зарядное устройство

Несмотря на последние разработки чипов-предохранителей и заявления компаний о том, что «зарядка» подойдет любая, специалисты ремонта смартфонов сходятся во мнении: лучше всего использовать оригинальное зарядное устройство телефона. Также следите за вольтажом розеток, к которым вы подключаете девайс.

Зарядное устройство

Процесс зарядки

В процессе подзарядки корпус устройства должен быть хорошо вентилирован. Позаботьтесь о том, чтобы телефон лежал на твердой поверхности и не был накрыт сверху тканями или мягкими материалами.

Также не рекомендуется использование смартфона в процессе зарядки. В особенности это касается тяжелых приложений и игр, нагревающих устройство.

Механические воздействия

В последние годы наблюдалось множество случаев возгорания смартфонов в заднем кармане брюк. Владелец девайса буквально садился на телефон, после чего из-за повреждения батареи происходило возгорание.

По возможности оберегайте устройство от повреждений и механических воздействий.

От возгорания мобильного телефона никто не застрахован – заводской брак может привести к катастрофе. Своими силами владельцы могут предупредить воспламенение и сократить потери.

Источник