Poważnym problemem w przypadku akumulatorów litowo-jonowych jest niebezpieczeństwo wybuchu w sytuacjach krytycznych. W związku z tym warto zrozumieć, dlaczego tak się dzieje i jakie efekty towarzyszą. Ważne jest również zrozumienie, co należy zrobić, aby zmniejszyć ryzyko pożaru urządzenia wyposażonego w taką baterię (zdjęcie poniżej).
Istota problemu
Łatwiej będzie zrozumieć, dlaczego wybuchł pożar, jeśli znana jest konstrukcja baterii. Zacznijmy od tego, że akumulatory litowo-jonowe zawierają anodę i katodę z porowatą przegrodą separatora. Jako katodę stosuje się zwykle metale z grupy przejściowej z osadzonymi jonami litu. Funkcję anody pełni grafit.
Elektrolity do akumulatorów tej klasy produkowane są na bazie soli litu w roztworze. Gdy akumulator jest ładowany po raz pierwszy podczas produkcji, na anodzie tworzy się warstwa wolnych jonów (SEI). Tworzona przez nie bariera chemiczna chroni elektrody akumulatora przed niebezpiecznym kontaktem z elektrolitem.
W większości znanych sytuacji do samozapłonu dochodzi w wyniku przypadkowego zwarcia w ogniwie akumulatora.
Przyczyną jego pojawienia się może być:
- Możliwe mechaniczne odkształcenie po upuszczeniu telefonu na podłogę lub uderzeniu w twardą powierzchnię.
- Wady produkcyjne.
- Wzrost dendrytów.
To ostatnie zjawisko wiąże się z szybkimi procesami rozładowywania lub ładowania, przez co jony litu po prostu nie mają czasu na integrację z kryształami anody grafitowej. W rezultacie rosną do rozmiarów, które prowadzą do awarii separatora.
Cechy samozapłonu
Zwarcie wewnątrz akumulatora prowadzi do nagrzewania się jego elementów, a po osiągnięciu 70-90 stopni bariera jonowa ulega zniszczeniu w rejonie anody. Z tego powodu zintegrowany lit zaczyna stykać się z elektrolitem, co powoduje wydzielanie gazów z grupy węglowodorów (metan i tym podobne). W obecności mieszaniny wybuchowej pozostaje głównym składnikiem niezbędnym do zapłonu - tlenem.
Powstała mieszanina zaczyna wrzeć w szczelnie zamkniętej obudowie, co nieuchronnie prowadzi do skoku temperatury i ciśnienia w niej. Gdy kompozycja osiągnie stan krytyczny (plus 180-200 stopni), cząstki katody zaczynają wspierać reakcję z obfitym wydzielaniem tlenu. Wtedy następuje eksplozja, której towarzyszy nagły wzrost temperatury (do 300-600 stopni) i obfite wydzielanie ciepła.
Jak uchronić się przed procesem wybuchowym
Producenci akumulatorów zapewniają kilka poziomów ochrony przed nieprzyjemnymi skutkami zgodnie z zasadą: im mocniejszy model, tym więcej tych poziomów. Jeden z nich zawiera separator, który tworzy nie do pokonania barierę dla rozwoju dendrytów w sekcji baterii przy gwałtownym skoku temperatury. Ale jeśli zachodzi proces podobny do lawiny, separator nie ma czasu na „pracę”; topi się natychmiast.
Posiadają również specjalne zawory i bezpieczniki do ochrony akumulatorów. Użytkownik będzie mógł uniknąć opisanych nieprzyjemnych efektów, jeśli będzie obchodził się z urządzeniem ostrożnie (nie upuszczaj go i nie ładuj prawidłowo).