Explosão de conversa sobre bateria é algo do qual você não pode escapar agora, graças a um problema com o Samsung Galaxy Note 7. É uma boa discussão: quanto mais as pessoas falam sobre isso, menos provável que uma criança se machuque por uma falha de bateria. Por mais que odiemos ver um produto que gostamos enfrentar problemas de segurança, odiamos ver as pessoas se machucarem muito mais.
Mas o Note 7 não é o primeiro telefone a passar por problemas de bateria, e não será o último. Sempre haverá incidentes isolados de falha de baterias, desde que utilizemos telefones com células de íon-lítio, e o Note 7 não é o primeiro telefone cuja bateria precisou de um recall generalizado porque algo está errado sob o capô - como o Nokia de longa data fãs sabe muito bem. Acontece. Nunca é uma coisa boa, mas é uma coisa. Vamos falar sobre porque pode acontecer.
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A primeira coisa que precisamos entender é como funciona exatamente a bateria de íon de lítio do seu telefone. O nome nos dá uma dica - a eletricidade é transportada de um eletrodo para outro usando íons de lítio carregados.
A eletricidade encontra a química e a metalurgia - é isso que torna uma bateria possível.
As baterias de íon-lítio armazenam, transferem e liberam energia devido às reações químicas naturais. A bateria tem dois eletrodos - um ânodo e um cátodo. O cátodo está conectado ao positivo (+) conexão na bateria e contém íons carregados positivamente, e o ânodo é conectado ao negativo (-) conexão e mantém (você adivinhou) íons carregados negativamente.
Entre os dois eletrodos está o que é chamado de eletrólito. O eletrólito em uma bateria de lítio é (geralmente) uma pasta de solvente orgânico que possui um grande número de sais metálicos (na maioria dos casos, esse metal é o lítio) como parte de sua composição. Isso o torna eletricamente condutor - a eletricidade pode passar por ele. O ânodo e o cátodo estão no eletrólito e separados por uma barreira física para que não possam se tocar.
Quando você descarrega a bateria (quando está usando o telefone e não o carrega), o cátodo empurra seus íons carregados positivamente para longe e o ânodo carregado negativamente os atrai. A eletricidade flui do ânodo, através do seu dispositivo, e então volta para o cátodo. Sim, a eletricidade viaja por um loop e não é "gasta" pela coisa que está sendo alimentada. Quando você carrega seu telefone, o inverso acontece e os íons viajam do cátodo através do eletrólito para o ânodo.
O lítio é o elemento perfeito para baterias recarregáveis: é leve, fácil de recarregar e mantém a carga por um longo tempo.
Quando esses íons entram em contato com os átomos carregados em um eletrodo, ocorre uma reação eletroquímica chamada redução de oxidação (redox) libera os elétrons carregados para viajar através dos contatos da bateria, que são conectados aos eletrodos. Isso continua a carregar os íons de lítio no eletrólito até que não haja mais o suficiente para conter um carga positiva forte o suficiente para se mover através da pasta de eletrólito, e sua bateria não carregar.
O lítio é o metal mais leve - o número três da tabela periódica. Também é muito excitável, facilitando a criação de uma poderosa reação química. Isso o torna um metal quase perfeito para ser usado em uma bateria recarregável portátil. É leve, fácil de recarregar e continua a manter a carga por muito tempo.
O que pode fazer uma bateria explodir?
Para começar, vamos definir o que explodir significa neste caso. A pasta de eletrólito dentro de uma bateria de íon de lítio é extremamente volátil. Ele pode (e irá) reagir violentamente a outros metais e tem um ponto de fusão muito baixo (180 graus Celsius). Dentro de um invólucro de bateria selado, a pressão gerada pode aumentar até que o invólucro se rompa e, em seguida, escape rapidamente. A pressão conduz fluidos eletrolíticos extremamente quentes que podem causar incêndio de outras coisas. Algumas baterias de lítio são ventiladas com um orifício de escape para que não se rompam sob pressão. Quando o invólucro da bateria se rompe e o líquido superaquecido cheio de metais derretidos é expelido sob pressão, isso causa uma explosão.
Existem duas maneiras fáceis de fazer uma bateria de lítio explodir - calor e danos físicos. Vejamos ambos.
Superaquecimento e sobrecarga
Esse é o motivo mais comum de falha da bateria. Algo dá errado no circuito de carga e a energia de entrada continua a impulsionar a reação química. Um ponto da bateria pode ficar muito quente e, como ainda está sendo carregada, não consegue resfriar, causando o que é conhecido como Escapamento térmico.
Nesse caso, a parte quente passa a gerar seu próprio calor, o que faz com que outras áreas do eletrólito superaquecem e causam o superaquecimento de mais pontos na bateria. O calor expande o eletrólito e cria vapor, aumentando a pressão até que o invólucro da bateria se divida e força para fora toda a pressão e alguns muito quentes, muito pegajosos (e muito inflamáveis uma vez expostos ao ar) pegajosos líquido.
Uma fuga térmica pode acontecer rápido o suficiente para que você nem sinta o calor antes de a bateria falhar.
Quando essa ruptura acontece, ela pode causar danos físicos às coisas que estão próximas a ela - ao segurar um telefone, placas de circuito e vidro ou plástico. Esses materiais também podem pegar fogo com o calor, o que, por sua vez, faz com que o eletrólito que escapou entre em ignição e aja como napalm - fogo que gruda nas coisas até que as queima ou se extingue.
O processo de fuga térmica pode acontecer muito rapidamente e as coisas podem ir do "normal" a uma falha catastrófica dentro da bateria antes mesmo que o calor seja transferido do telefone para as mãos. Felizmente, as centenas de milhões de baterias de lítio produzidas todos os anos apresentam uma falha extremamente baixa (quase estatisticamente insignificante) taxa devido à fuga térmica, parcialmente por causa das medidas de segurança (assinatura necessária), como aditivos não inflamáveis para o eletrólito e revestimentos.
Quando o telefone informa que está muito quente e não carrega ou funciona a toda velocidade, ele precisa esfriar para que a fuga térmica não aconteça. Ouça o pequeno pop-up e deixe esfriar.
Dano mecânico
As baterias de lítio são projetadas para serem leves, oferecem alto rendimento e são fáceis de carregar. Isso significa que a casca externa e as barreiras que separam os eletrodos são muito finas e leves, com a maior parte do peso vindo das partes que podem realmente alimentar o telefone.
Como as partições e a caixa são finas, são bastante fáceis de perfurar ou rasgar. Se a estrutura da própria bateria for danificada de forma que os eletrodos se toquem, ocorrerá um curto-circuito. A descarga elétrica instantânea é explosiva, o que pode (e irá) aquecer o eletrólito e criar pressão para empurrá-lo para fora através de quaisquer rupturas na caixa da bateria. Está quente, é inflamável e está em contato com uma faísca. Essa é uma receita para o desastre.
Está quente, é inflamável e está em contato com uma faísca. Essa é uma receita para o desastre.
Uma caixa fina também é uma precaução de segurança, embora pareça loucura. Metal mais fino é mais fácil de romper, portanto, menos pressão pode ser gerada dentro de uma caixa selada - essencialmente criando um orifício de ventilação. Expulsar o líquido quente inflamável sob pressão não é uma coisa boa. De locação Mais aumentar a pressão até que se rompa; um caso mais espesso é pior.
Outros metais que entram em contato com a pasta de eletrólito também podem criar uma faísca que leva à falha. Vou deixar você pesquisar no YouTube para ver pessoas incrivelmente idiotas furando baterias de telefone para fazê-las explodir. A reação a metal estranho faz a mesma coisa que um curto, mas em uma escala menor.
E a Nota 7?
Para começar, ninguém além da Samsung conhece por que as baterias em alguns Note 7s explodiram. Eles enviaram uma curta declaração através de seu Reino Unido, divisão que realmente não faz sentido. A expressão "o ânodo com o cátodo entrou em contato" soa como se estivessem descrevendo um curto, mas, como está escrito, não significa nada. Não tentarei interpretar algo que não seja claro em um caso como este. Mas posso dizer o que penso como um quarterback poltrona que nunca viu um Note 7 explodir ou inspecionar um que explodiu por conta própria, uma situação em que o ânodo curto para o cátodo faz o máximo sentido.
Porque as pessoas relataram que a bateria do Note 7 falhou sem estar conectada e grande parte do telefones que vemos nas fotos não estão queimados, vou assumir que não é uma situação de fuga térmica, mesmo Apesar Health Canada diz explicitamente que a única falha no Canadá foi o superaquecimento,
Qualquer pessoa fora da Samsung pode apenas adivinhar o que está acontecendo.
Uma situação de fuga térmica não é tão "instantânea" quanto um curto direto, e a solução de eletrólito excitado levaria mais tempo para sair de uma bateria estourada e então continuar depois de uma explosão rompeu a caixa. Mais do que apenas uma parte do telefone seria queimada, assim como outros objetos nas proximidades. Uma explosão de calor também faria com que a bateria inchasse antes que o invólucro flexível se rompesse e, sem espaço para expansão, a bateria inchada quebraria o revestimento externo do telefone. Existem vídeos no YouTube que mostram como isso acontece, e aqui está um ótimo exemplo (embora antigo) de alguém contornar as medidas de segurança para fazer isso acontecer. Alguém teria mencionado que o telefone inchou antes de explodir, eu acho.
Também não acho que nenhum objeto estranho ou sobras de fabricação entrem em contato com o eletrólito. Eu sei que esta é uma teoria popular, mas se um lote de baterias (nem temos certeza de quão grande é um "lote" neste caso) todos têm pequenas partículas no eletrólito, veríamos muito mais Note 7 explodindo.
Um curto dentro da bateria ou no circuito de carga combinado com um eletrólito que foi tratado com aditivos não inflamáveis parece mais provável para mim. Uma explosão rápida que libera uma pequena quantidade de pressão e fluido de uma vez pode queimar-se rapidamente se nada estiver em contato com o telefone. Quando o telefone entra em contato com algo inflamável, por exemplo, o assento de um jipe, pode causar um incêndio.
Claro, pode haver muitos outros fatores que não conhecemos. O processo de fabricação usado para criar uma bateria de íon de lítio para um telefone os torna muito seguros de usar. Mas também há muitas coisas que podem dar errado.
UMA relatório preliminar da Samsung para reguladores coreanos culpou um erro de produção que colocou as placas dentro da bateria em contato, provocando "calor excessivo". O relatório observou que mais análises eram necessárias para identificar a causa exata.
As conclusões iniciais indicam um erro na produção que colocou pressão nas placas contidas nas células da bateria. Isso, por sua vez, colocou os pólos negativo e positivo em contato, desencadeando calor excessivo. A Samsung, no entanto, ressaltou que precisa realizar uma análise mais completa para determinar "a causa exata" do dano à bateria.