kategorier: Udvalgte artikler » Interessante fakta
Antal visninger: 14188
Kommentarer til artiklen: 1
Hvorfor eksploderer batterier
Brugere af smartphones og tablets er selvfølgelig opmærksomme på eksplosionsfare for lithiumbatterier i deres gadgets. Og slående eksempler behøver ikke gå langt. For nylig står Samsung for eksempel for et smertefuldt problem personligt og blev tvunget til at huske den første serie af den nye Note 7, da batterierne eksploderede lige under opladningsprocessen. En eller anden måde forbliver problemet det samme fra begyndelsen af udseendet af mobiltelefoner; selv i 2016 forbød ICAO kommercielle forsendelser i bagagerummet i civil transport litiumbatterier.
Essensen af problemet med lithium-batterier
Faktum er, at i processen med at oplade et lithiumbatteri i en mobil enhed ved hjælp af den indbyggede mikrokontroller, implementeres en temmelig kompliceret algoritme til implementering af denne proces, så batteritemperaturen ikke går ud over det acceptable temperaturområde. Controlleren overvåger til dette formål mange parametre for batteriet under dets opladning.
Ud over selve opladningsprocessen kræver opbevaring af batteriet også overholdelse af visse regler, især hvad angår temperatur: Du kan hverken overophedes eller superkøle batteriet.
Det største problem med at få batterier til at eksplodere er overdreven opvarmning af elektrolytten på grund af overskridelse af den tilladte temperatur eller på grund af en kortslutning inde i battericellen. Kædereaktionen startes let inde i den overophedede celle, fordi alkalimetallithium meget let antændes, hvilket resulterer i, at batteriet svulmer og i værste fald eksploderer.
Og selv på trods af tilstedeværelsen af en "opmærksom" controller, kan en utilsigtet fabriksdefekt (utilstrækkelig tykkelse af isolatoren mellem cellerne) finde sted og føre til triste konsekvenser.
Naturligvis er chok, sammenbrud, punktering, overophedning i solen farlige. Selv hvis batteriet er faldet og ramt let, kan der forekomme en sammenbrud af isolatoren indeni, og i fremtiden kan dette føre til pludselige problemer, selv uden åbenbar overophedning.
Eksplosionsårsag til litiumbatterier
Anoden og katoden i lithium-ion-batteriet adskilles af en porøs polymerseparator. Katoden har et aktivt materiale på, som oxider af overgangsmetaller ofte bruges til, i hvilke lithiumioner er indlejret. Anoden er normalt grafit. En organisk opløsning af lithiumsalte anvendes som en elektrolyt.
Under den første ladning på anlægget er lithium indbygget i anoden, og et lag af dekomponeret elektrolyt dannes på elektroderne, som nu tjener som beskyttelse mod unødvendige reaktioner, mens de forbliver ionledende.
Som bemærket ovenfor er en intern kortslutning en af hovedårsagerne til selvantændelse af batterier. Årsagen til selve kortslutningen kan være fysisk skade eller fabriksdefekter, såsom ujævn skæring af elektroderne eller indtrængen af metalpartikler mellem katoden og anoden, hvilket krænker separatorlagets integritet.
En anden grund til lukningen er væksten af lithiummetalkæder gennem separatoren (hvis lithiumionerne på fabrikken ikke havde tid nok til fuldt ud at integrere sig i anodekrystallen på grund af for hurtig opladning eller fra overkøling, eller hvis kapaciteten af det katode aktive materiale er større end kapaciteten til anoden, som fører til aflejringer på anoden, som derefter langsomt men ubønhørligt vokser).
Så hvis der opstod en kortslutning, begynder batteritemperaturen at stige, og når den når 70-90 ° C, begynder nedbrydningen af det beskyttende ionledende lag i anoden. Lithiumanoden reagerer med en elektrolyt, og brændbare kulbrinter, såsom ethylen, methan, ethan, etc. frigives.Men det er for tidligt før ilden, fordi der ikke er nok ilt.
I mellemtiden er den eksoterme reaktion tændt, og temperaturen stiger, trykket inde i batterikassen stiger. Ved 180-200 ° C begynder disproportionsreaktionen ved katoden, hvor der frigives ilt. Antændelse forekommer, temperaturen stiger kraftigt, og elektrolytten nedbrydes termisk, temperaturen er allerede 200-300 ° C.
Endelig er det grafitskiftet, og når temperaturen når 660 ° C, begynder det nuværende kollektors aluminium at smelte. Den maksimale temperatur i hele denne proces har normalt ikke tid til at overstige 900 ° C, da alt hurtigt ender med fuldstændig nedbrydning af batteriets indre komponenter.
Der er allerede succes med at finde en løsning på problemet
For at løse problemet kan smartphone-producenter stramme reguleringen, foretage yderligere sikringer i enheder og i batterier, komplicere controllere, men dette vil øge prisen på batterier og alle produkter, der følger med et batteri. Virksomheder konkurrerer med hinanden, og simpelthen økonomisk kan de ikke gøre det.
I mellemtiden kæmper fysikere fra Stanford for sikkerheden ved lithiumbatterier, der i sommeren 2015 udviklede en speciel beskyttelsesmekanisme, der er indbygget i batteriet allerede på produktionsstadiet.
Faktisk taler vi om en ny type litiumbatterier, der automatisk slukkes, når deres inderside når en potentielt farlig temperatur (som forhindrer processen, der fører til efterfølgende brand), og efter et stykke tid, efter afkøling, tændes de automatisk igen.
Udviklerens forfattere hævder, at dette er det første lithiumbatteri, der gentagne gange kan slukke og gendanne uden at miste dets egenskaber og ydeevne.
Udviklingen blev udført i flere år af et team af flere mennesker (inklusive Zhenan Bao), som et resultat var et batteri blottet for to største ulemper - et kraftigt fald i batterikapacitet efter adskillige genopladningscyklusser og, endnu vigtigere, en tendens til brand og eksplosion på grund af overophedning ( kædereaktion stopper automatisk).
Beslutningen kom til forskere fra et helt andet fysisk felt. De lavede termometre ved hjælp af nanopartikler nikkel indlejret i et tyndt ark grafen og plast. Dette var usædvanlige termometre. I hvile var nikkelpartiklerne i kontakt med hinanden, dvs. en god strømleder blev opnået. Men da arket blev opvarmet, begyndte plasten at udvide sig lidt, hvilket førte til en svækkelse af kontakten mellem de ledende nikkelpartikler, og modstanden for hele lederen steg.
Denne ejendom blev brugt af forskere fra Stanford til øjeblikkelig automatisk beskyttelse af lithiumbatterier og til fuld automatisk genoprettelse af kontakt efter afkøling. De limede et ark af sådan plast på en af batteriets elektroder, så det ville miste ledningsevnen med stigende temperatur. Og når temperaturen når 70 ° C
Men på trods af løsningen turde producenterne af mobile enheder stadig ikke drastisk ændre produktionsteknologien på deres batterier, der er udviklet gennem årene. Derfor er gadgetbrugere nødt til at komme til udtryk med den potentielle fare for lithiumbatterier i nogen tid og forsøge ikke at tabe eller overophede deres mobile enheder, og især batterier. Måske i den nærmeste fremtid vil problemet blive helt løst.
Se også på elektrohomepro.com
: