Exploderande batterisamtal är något du inte kan komma undan just nu tack vare ett problem med Samsung Galaxy Note 7. Det är bra diskussion att ha: ju fler människor pratar om det, desto mindre är det troligt att ett barn skadas av ett batterifel. Så mycket som vi hatar att se en produkt vi gillar upplever säkerhetsproblem, vi hatar att se människor skadas mycket mer.
Men Not 7 är inte den första telefonen som någonsin går igenom batteriproblem, och det kommer inte att vara den sista. Det kommer alltid att finnas isolerade händelser med att batterier går sönder så länge vi använder telefoner med litiumjonceller, och not 7 är inte den första telefonen vars batteri behövde en omfattande återkallelse eftersom något är fel under huven - så länge Nokia fans vet för bra. Det händer. Det är aldrig bra, men det är en sak. Låt oss prata om Varför det kan hända.
Verizon erbjuder Pixel 4a för bara $ 10 / månad på nya obegränsade linjer
Det första vi behöver förstå är hur exakt litiumjonbatteriet i din telefon fungerar. Namnet ger oss en ledtråd - elektricitet transporteras från en elektrod till en annan med laddade litiumjoner.
Elektricitet möter kemi möter metallurgi - det är det som gör ett batteri möjligt.
Litiumjonbatterier lagrar, överför och släpper ut energi på grund av naturliga kemiska reaktioner. Batteriet har två elektroder - en anod och en katod. Katoden är kopplad till det positiva (+) anslutning på batteriet och håller positivt laddade joner, och anoden är ansluten till det negativa (-) anslutning och håller (du gissade det) negativt laddade joner.
Mellan de två elektroderna finns det som kallas en elektrolyt. Elektrolyten i ett litiumbatteri är (vanligtvis) en organisk lösningsmedelspasta som har ett mycket stort antal metalliska salter (i de flesta fall är den metallen litium) som en del av dess smink. Detta gör det elektriskt ledande - elektricitet kan passera genom det. Anoden och katoden är i elektrolyten och åtskilda av en fysisk barriär så att de inte kan röra vid.
När du laddar ur batteriet (när du använder telefonen och inte laddar det) skjuter katoden bort sina positivt laddade joner och den negativt laddade anoden lockar dem. El rinner ut från anoden, genom din enhet och sedan tillbaka till katoden. Ja, el går genom en slinga och "förbrukas" inte av det som drivs. När du laddar telefonen händer det omvända och joner färdas från katoden genom elektrolyten till anoden.
Litium är det perfekta elementet för uppladdningsbara batterier: Det är lätt, lätt att ladda och håller en laddning under lång tid.
När dessa joner kommer i kontakt med de laddade atomerna i en elektrod, kallas en elektrokemisk reaktion oxidationsreduktion (redox) frigör de laddade elektronerna för att resa ut genom batterikontakterna som är anslutna till elektroderna. Detta fortsätter att ladda litiumjonerna i elektrolyten tills det inte finns tillräckligt med kvar för att hålla en positiv laddning som är tillräckligt stark för att röra sig genom elektrolytpasta, och ditt batteri kommer inte längre avgift.
Litium är den lättaste metallen - nummer tre i det periodiska systemet. Det är också mycket spännande, vilket gör det enkelt att skapa en kraftfull kemisk reaktion. Detta gör det till en nästan perfekt metall att använda i ett bärbart uppladdningsbart batteri. Den är lätt, lätt att ladda och fortsätter att hålla en laddning under lång tid.
Vad kan få ett batteri att explodera?
Till att börja med, låt oss definiera vad explodera betyder i det här fallet. Elektrolytpasta i ett litiumjonbatteri är extremt flyktigt. Det kan (och kommer) att reagera våldsamt på andra metaller och har en mycket låg smältpunkt (180 grader Celsius). Inuti ett förseglat batterihölje kan det genererade trycket byggas upp tills höljet brister och sedan snabbt fly. Trycket utför extremt heta elektrolytvätskor som kan få andra saker att elda. Vissa litiumbatterier ventileras med ett utrymningshål så att de inte spricker under tryck. När batterihöljet går sönder och överhettad vätska fylld med smält metaller matas ut under tryck orsakar det en explosion.
Det finns två enkla sätt att få ett litiumbatteri att explodera - värme och fysisk skada. Låt oss titta på båda.
Överhettning och överladdning
Det här är den vanligaste orsaken till att ett batteri går sönder. Något går fel i laddningskretsen och ingångseffekten fortsätter att driva den kemiska reaktionen. En plats i batteriet blir så småningom för varmt och eftersom det fortfarande laddas kan det inte svalna och orsaka det som kallas termisk flykt.
I det här fallet börjar den heta delen generera sin egen värme, vilket gör att andra områden i elektrolyten överhettas, och de får fler fläckar i batteriet att överhettas. Värmen expanderar elektrolyten och skapar ånga, byggtryck tills batterikåpan splittras och tvingar ut allt tryck och några mycket heta, mycket klibbiga (och mycket brandfarliga en gång utsatta för luften) kladdiga flytande.
En termisk runaway kan hända tillräckligt snabbt för att du inte ens känner värmen innan batteriet går sönder.
När ett sådant brott inträffar kan det orsaka fysisk skada på sakerna som ligger nära det - när du håller i en telefon, kretskort och glas eller plast. Dessa material kan också fånga eld från värmen, vilket i sin tur får den flyktade elektrolyten att antända och fungera som napalm - eld som håller fast vid saker tills den brinner igenom dem eller brinner ut sig själv.
Den termiska runaway-processen kan hända mycket snabbt, och saker kan gå från "normalt" till katastrofalt fel i batteriet innan värmen överförs till och med via telefonen till dina händer. Tack och lov har de hundratals miljoner litiumbatterier som produceras varje år ett extremt lågt (nästan statistiskt obetydligt) fel på grund av termisk utsläpp, delvis på grund av säkerhetsåtgärder (abonnemang krävs) som icke-brandfarliga tillsatser till elektrolyten och beläggningar.
När din telefon säger att den är för varm och inte laddas eller körs i full hastighet måste den svalna så att termisk flykt inte händer. Lyssna på den lilla popupen och låt den svalna.
Mekanisk skada
Litiumbatterier är utformade för att vara lätta, leverera hög effekt och vara lätta att ladda. Det betyder att det yttre skalet och barriären (arna) som skiljer elektroderna är väldigt tunna och lätta, med det mesta av vikten från de delar som faktiskt kan driva din telefon.
Eftersom skiljeväggarna och fodralet är tunna är de ganska lätta att punktera eller riva. Om själva batteriets struktur skadas på ett sätt som får elektroderna att röra vid kommer en kortslutning att hända. Den omedelbara elektriska urladdningen är explosiv, vilket kan (och kommer att) värma elektrolyten och skapa tryck för att skjuta ut den genom eventuella brott i batterilådan. Det är varmt, det är brandfarligt och det är i kontakt med en gnista. Det är ett recept på katastrof.
Det är varmt, det är brandfarligt och det är i kontakt med en gnista. Det är ett recept på katastrof.
Ett tunt hölje är också en säkerhetsåtgärd, även om det låter galet. Tunnare metall är lättare att brista, så mindre tryck kan genereras inuti ett förseglat fodral - vilket i huvudsak skapar ett ventilationshål. Att trycka ut lättantändlig het vätska under tryck är inte bra. Uthyrning Mer tryck bygga tills det spricker ett tjockare fall är värre.
Andra metaller som kommer i kontakt med elektrolytpastan kan också skapa en gnista som leder till fel. Jag låter dig själv söka på YouTube för att se otroligt fåniga människor som punkterar telefonbatterier för att få dem att explodera. Reaktionen på främmande metall gör samma sak som en kort men i mindre skala.
Vad sägs om not 7?
Till att börja med, ingen annan än Samsung vet varför batterier i vissa not 7 har exploderat. De skickade ut ett kort uttalande genom deras Storbritannien, delning som inte riktigt vettigt. Formuleringen "anoden-till-katoden kom i kontakt" låter som om de beskriver en kortfattning, men som skrivet betyder det ingenting. Jag ska inte försöka tolka något som inte är tydligt i ett sådant fall. Men jag kan säga vad jag tycker som en fåtölj quarterback som aldrig har sett en not 7 explodera eller inspekteras en som har exploderat på egen hand, en situation där anodens kortslutningar till katoden gör det bästa känsla.
Eftersom människor har rapporterat att Note 7-batteriet inte fungerar utan att det är inkopplat och stora delar av batteriet telefoner som vi ser på bilder är inte brända, jag antar att det inte är en termisk runaway-situation, till och med fastän Hälsa Kanada säger uttryckligen att det ensamma misslyckandet i Kanada berodde på överhettning,
Alla utanför Samsung kan bara göra en utbildad gissning om vad som händer.
En termisk runaway-situation är inte så "direkt" som en direkt kortslutning, och den glada elektrolytlösningen skulle ta längre tid att lämna ett burst-batteri och fortsätt efter en explosion sprängde fallet. Mer än bara en del av telefonen skulle brännas, liksom andra föremål i närområdet. En värmeexplosion skulle också få batteriet att svälla innan det flexibla höljet skulle brista, och utan utrymme för expansion skulle det svullna batteriet spricka det yttre skalet på telefonen. Det finns videor på YouTube som visar hur detta händer, och här är ett bra (om än gammalt) exempel av någon som kringgår säkerhetsåtgärderna för att få det att hända. Någon skulle ha nämnt att telefonen svällde upp innan den blåste, skulle jag tro.
Jag tror inte heller att främmande föremål eller tillverkningsrester kommer i kontakt med elektrolyten. Jag vet att det här är en populär teori, men om ett parti batterier (vi är inte ens säkra på hur stort ett "parti" är i det här fallet) har alla små partiklar i elektrolyten, vi skulle se mycket mer Note 7s explodera.
En kort insida i batteriet eller i laddningskretsen i kombination med en elektrolyt som har behandlats med icke-brandfarliga tillsatser verkar mer sannolikt för mig. En snabb explosion som släpper ut en liten mängd tryck och vätska på en gång kan snabbt brinna ut sig själv om ingenting var i kontakt med telefonen. När telefonen är i kontakt med något som är brandfarligt, säg en Jeeps säte, det kan orsaka brand.
Naturligtvis kan det finnas många andra faktorer som vi inte vet om. Tillverkningsprocessen som används för att skapa ett litiumjonbatteri för en telefon gör dem mycket säkra att använda. Men det finns också mycket som kan gå fel.
A preliminär rapport från Samsung till koreanska tillsynsmyndigheter anklagade för ett produktionsfel som bringade plattor i batteriet i kontakt, vilket utlöste "överdriven värme." Rapporten noterade att mer analys behövdes för att hitta den exakta orsaken.
De första slutsatserna indikerar ett fel i produktionen som satte tryck på plattor som finns i battericeller. Det tog i sin tur negativa och positiva poler i kontakt, vilket utlöste för hög värme. Samsung betonade dock att man behövde göra en mer grundlig analys för att fastställa "den exakta orsaken" till batteriskador.