Eksplodiranje razgovora o bateriji nešto je od čega trenutno ne možete pobjeći zahvaljujući problemu s Samsung Galaxy Note 7. Dobro je raspraviti se: što više ljudi o tome razgovara, to je manja vjerojatnost da dijete strada zbog kvara baterije. Koliko god mrzili vidjeti proizvod koji nam se sviđa imamo sigurnosnih problema, mrzimo kad ljude puno više ozljeđujemo.
No, Note 7 nije prvi telefon koji je ikad prolazio kroz probleme s baterijom, a neće biti ni posljednji. Uvijek će biti izoliranih slučajeva da baterije otkažu sve dok koristimo telefone s litij-ionskim stanicama, a Napomena 7 nije prvi telefon čija je baterija trebala rasprostranjen opoziv jer nešto nije u redu ispod haube - kao dugogodišnja Nokia navijači predobro znati. Događa se. To nikad nije dobra stvar, ali stvar je. Pričajmo o zašto može se dogoditi.
Verizon nudi Pixel 4a za samo 10 USD mjesečno na novim Neograničenim linijama
Prvo što moramo shvatiti je kako točno funkcionira litij-ionska baterija u vašem telefonu. Ime nam daje naslutiti - električna energija se prenosi s jedne elektrode na drugu pomoću nabijenih litijevih iona.
Električna energija susreće se s kemijom i metalurgijom - to je ono što omogućuje bateriju.
Litij-ionske baterije pohranjuju, prenose i oslobađaju energiju zbog prirodnih kemijskih reakcija. Baterija ima dvije elektrode - anodu i katodu. Katoda je povezana s pozitivom (+) spoj na bateriji i drži pozitivno nabijene ione, a anoda je spojena na negativ (-) vezu i drži (pogađate) negativno nabijene ione.
Između dviju elektroda nalazi se ono što se naziva elektrolit. Elektrolit u litijevoj bateriji je (obično) pasta organskog otapala koja u sastavu ima vrlo velik broj metalnih soli (u većini slučajeva taj je metal litij). Zbog toga je električno vodljiv - kroz njega može proći električna energija. Anoda i katoda su u elektrolitu i odvojene su fizičkom barijerom tako da se ne mogu dodirnuti.
Kada ispraznite bateriju (kada koristite telefon, a ne punite ga), katoda odbija svoje pozitivno nabijene ione, a negativno nabijena anoda ih privlači. Struja istječe iz anode, kroz vaš uređaj, a zatim natrag u katodu. Da, električna energija putuje kroz petlju i stvar koju pokreće ne "troši". Kad napunite telefon, dogodi se obrnuto i ioni putuju od katode kroz elektrolit do anode.
Litij je savršen element za punjive baterije: lagan je, jednostavan za punjenje i dugo drži napunjenost.
Kada ovi ioni dođu u kontakt s nabijenim atomima u elektrodi, dolazi do elektrokemijske reakcije redukcija oksidacije (redoks) oslobađa nabijene elektrone da izlaze kroz kontakte baterije, koji su povezani s elektrodama. To nastavlja puniti litijeve ione u elektrolitu sve dok ne ostane dovoljno prostora koji može zadržati a pozitivan naboj koji je dovoljno jak da se kreće kroz elektrolitnu pastu i vaša baterija više neće naplatiti.
Litij je najlakši metal - broj tri na periodnom sustavu. Također je vrlo uzbudljivo, što olakšava stvaranje snažne kemijske reakcije. To ga čini gotovo savršenim metalom za upotrebu u prijenosnoj punjivoj bateriji. Lagan je, lako se puni i dugo zadržava napunjenost.
Što može uzrokovati eksploziju baterije?
Za početak, definirajmo što u ovom slučaju znači eksplozija. Elektrolitna pasta u litij-ionskoj bateriji izuzetno je hlapljiva. Može (i hoće) burno reagirati na druge metale i ima vrlo nisku točku topljenja (180 Celzijevih stupnjeva). Unutar zatvorenog kućišta baterije stvoreni tlak može se povećavati dok pukne kućište, a zatim brzo pobjeći. Pritisak dovodi do ekstremno vrućih elektrolitskih tekućina koje mogu uzrokovati zapaljenje drugih stvari. Neke litijeve baterije odzračuju se izlaznom rupom kako ne bi pukle pod pritiskom. Kad pukne kućište baterije i pregrijana tekućina napunjena rastopljenim metalima izbaci se pod pritiskom, to uzrokuje eksploziju.
Dva su jednostavna načina da litijeva baterija eksplodira - toplina i fizička oštećenja. Pogledajmo obje.
Pregrijavanje i prekomjerno punjenje
To je najčešći razlog otkazivanja baterije. Nešto pođe po zlu u krugu za punjenje i ulazna snaga nastavlja pokretati kemijsku reakciju. Jedno mjesto u bateriji na kraju će se previše zagrijati i, budući da se još uvijek puni, ne može se ohladiti, što uzrokuje ono što je poznato termalni odbjeg.
U ovom slučaju, vrući dio počinje stvarati vlastitu toplinu, što dovodi do pregrijavanja ostalih područja u elektrolitu, što dovodi do pregrijavanja više mjesta u bateriji. Toplina širi elektrolit i stvara paru, gradeći pritisak dok se kućište baterije ne razdvoji i izbacuje sav pritisak i neke vrlo vruće, vrlo ljepljive (i vrlo zapaljive nakon što su izložene zraku) gnjecave tekućina.
Termički odbjeg može se dogoditi dovoljno brzo da čak i ne osjetite toplinu prije nego što baterija otkaže.
Kad se dogodi takva puknuća, može prouzročiti fizičku štetu na stvarima koje su joj blizu - kada držite telefon, pločice i staklo ili plastiku. Ovi se materijali također mogu zapaliti toplinom, što zauzvrat tjera elektrolit da se zapali i ponaša se poput napalma - vatre koja se lijepi za stvari dok ih ne izgori ili ne izgori.
Proces toplotnog odbjegavanja može se dogoditi vrlo brzo, a stvari mogu prijeći od "normalnog" do katastrofalnog otkaza unutar baterije prije nego što se toplina uopće prenese putem vašeg telefona u vaše ruke. Srećom, stotine milijuna litijevih baterija proizvedenih svake godine imaju izuzetno nizak (gotovo statistički beznačajan) kvar stopa zbog toplinskog odbjegavanja, djelomično zbog sigurnosnih mjera (potrebna pretplata) poput nezapaljivih aditiva u elektrolitu i premazi.
Kad vam telefon kaže da je prevruće i da se neće puniti ili raditi punom brzinom, mora se ohladiti kako se ne bi dogodio termalni odbjeg. Slušajte mali skočni prozor i pustite da se ohladi.
Mehanička oštećenja
Litijeve baterije dizajnirane su da budu lagane, isporučuju veliku snagu i lako se pune. To znači da su vanjska ovojnica i barijera (e) koje razdvajaju elektrode vrlo tanke i lagane, a najveći dio težine dolazi od dijelova koji zapravo mogu napajati vaš telefon.
Budući da su pregrade i kućište tanki, prilično ih je lako probiti ili razbiti. Ako je struktura same baterije oštećena na način da elektrode dodiruju, dogodit će se kratki spoj. Trenutno električno pražnjenje je eksplozivno, što može (i hoće) zagrijati elektrolit i stvoriti pritisak da ga istisne kroz bilo kakve puknuće u kućištu baterije. Vruće je, zapaljivo je i u dodiru je s iskrom. To je recept za katastrofu.
Vruće je, zapaljivo je i u dodiru je s iskrom. To je recept za katastrofu.
Tanko kućište također je sigurnosna mjera, iako zvuči ludo. Tanji metal lakše je puknuti, tako da unutar zatvorenog kućišta može nastati manji pritisak - u osnovi stvarajući otvor za odzračivanje. Izbacivanje zapaljive vruće tekućine pod pritiskom nije dobra stvar. Dopuštajući više pritisak raste dok ne pukne deblje kućište je još gore.
Ostali metali koji dolaze u kontakt s elektrolitnom pastom također mogu stvoriti iskru koja dovodi do otkaza. Dopustit ću vam da sami pretražite YouTube da biste vidjeli nevjerojatno glupe ljude kako probijaju telefonske baterije kako bi eksplodirali. Reakcija na strani metal čini isto što i kratko, ali u manjem opsegu.
Što je s bilješkom 7?
Za početak, nitko osim Samsunga zna zašto su baterije u nekim Note 7 eksplodirale. Poslali su kratka izjava kroz njihovu UK, podjelu koja zapravo nema smisla. Izraz "anoda-katoda je došla u kontakt" zvuči kao da opisuju kratki, ali kako je napisan ne znači ništa. Neću pokušavati protumačiti nešto što u ovom slučaju nije jasno. Ali mogu reći ono što mislim kao naslonjač iz fotelje koji nikad nije vidio kako Note 7 eksplodira ili pregledava onaj koji je eksplodirao sam, situacija u kojoj anoda kratkog spoja do katode donosi najviše osjećaj.
Budući da su ljudi prijavili da baterija Note 7 otkazuje, a da nije priključena i veliki dijelovi baterija telefoni koje vidimo na slikama nisu izgorjeli, pretpostavit ću da to čak nije ni termalna odbjegla situacija iako Health Canada eksplicitno kaže da je neuspjeh usamljenika u Kanadi bio od pregrijavanja,
Svatko izvan Samsunga može samo obrazovano nagađati što se događa.
Termalna pobjegla situacija nije tako „trenutna“ kao izravna kratka pojava, a pobuđenoj otopini elektrolita treba više vremena da izađe iz prazne baterije, a zatim nastavi nakon eksplozija je pukla slučaj. Izgorio bi više od dijela telefona, kao i drugi predmeti u neposrednoj blizini. Eksplozija topline također bi uzrokovala napuhavanje baterije prije pucanja fleksibilnog kućišta, a bez prostora za širenje, nabrekla baterija puknula bi na vanjskoj ljusci telefona. Na YouTubeu postoje videozapisi koji pokazuju kako se to događa i evo izvrsnog (iako starog) primjera nekoga tko zaobilazi sigurnosne mjere da bi se to dogodilo. Netko bi spomenuo da je telefon napuhao prije nego što je puhnuo, mislim.
Također mislim da nijedan strani predmet ili ostaci proizvodnje ne dolaze u kontakt s elektrolitom. Znam da je ovo popularna teorija, ali ako je serija baterija (nismo ni sigurni koliko je velika "serija") u ovom slučaju) svi imaju male čestice u elektrolitu, vidjeli bismo puno više Note 7-a kako eksplodiraju.
Kratki spoj unutar baterije ili kruga za punjenje u kombinaciji s elektrolitom koji je tretiran nezapaljivim aditivima čini mi se vjerojatnijim. Brza eksplozija koja istodobno oslobađa malu količinu pritiska i tekućine može brzo izgorjeti ako ništa nije u kontaktu s telefonom. Kad je telefon u kontaktu s nečim zapaljivim, recimo sjedištem Jeepa, to bi moglo izazvati požar.
Naravno, može biti puno drugih čimbenika o kojima ne znamo. Proizvodni postupak koji se koristi za stvaranje litij-ionske baterije za telefon čini ih vrlo sigurnima za upotrebu. Ali postoji i puno toga što bi moglo poći po zlu.
A preliminarno izvješće Samsung korejskim regulatorima okrivio je proizvodnu pogrešku koja je dovela ploče u bateriju u kontakt, što je izazvalo "prekomjernu toplinu". Izvještaj napominje da su potrebne dodatne analize kako bi se točno utvrdio uzrok.
Prvi zaključci ukazuju na pogrešku u proizvodnji koja je vršila pritisak na ploče sadržane u ćelijama akumulatora. To je pak dovelo negativne i pozitivne polove u kontakt, što je izazvalo prekomjernu toplinu. Samsung je međutim naglasio da je potrebno provesti temeljitiju analizu kako bi se utvrdio "točan uzrok" oštećenja baterije.