Батареї смартфонів чому вони вибухають
Костянтин Іванов
Перше, що ми розглянемо, це те, як працює літій-іонний акумулятор у вашому апараті. Суть полягає в самій назві: електрика доставляється від одного електрода до іншого за допомогою заряджених іонів літію.
Коли ці іони вступають у контакт із зарядженими атомами на електроді, відбувається окислювально-відновна електрохімічна реакція, вона звільняє заряджені електрони, які проходять через контакти батареї, з'єднані з електродами. За рахунок цього іони літію в електроліті продовжують заряджатися до тих пір, поки їх не виявляється недостатньо, щоб утримувати досить сильний позитивний заряд, що дозволяє рухатися крізь електроліт, і акумулятор з цього моменту перестає заряджатися.
Літій – найлегший метал, третій номер у періодичній таблиці. Також він легко вступає в реакцію, що дозволяє дуже легко викликати цю реакцію. Таким чином, це практично ідеальний метал для використання в багаторазовій портативної батареї. Вона мало важить, легко перезаряджається і довго здатна тримати заряд.
Що змушує акумулятори вибухати?
Спершу давайте визначимося, що в даному випадку розуміти як вибух. Електролітна паста всередині літій-іонного акумулятора дуже летюча. Вона може легко зреагувати з іншими металами та має дуже низьку температуру плавлення (180 градусів Цельсія). Всередині герметичного корпусу батареї може зростати тиск до порушення цілісності корпусу, а потім швидко вириватися назовні. Тиск виштовхує дуже гарячий електроліт, який може спричинити спалах. Деякі літієві батареї оснащені отвором вентиляції, тому вони не руйнуються від тиску. Коли руйнується корпус акумулятора та перегрітарідина, що містить розплавлені метали, виривається назовні під тиском, це викликає вибух.
Є два способи змусити вибухнути літієвий акумулятор – перегрів та фізичне пошкодження. Розглянемо обидва ці методи.
Перегрів та перезаряд
Ось найчастіша причина проблем із батареєю. У процесі зарядки щось порушується, і напруга, що надходить, продовжує підтримувати хімічну реакцію. Одна ділянка батареї стає занадто гарячою, а оскільки зарядка продовжується, вона не може охолоне, і відбувається те, що називається тепловим розгоном акумулятора.
У цьому випадку гаряча ділянка починає виробляти власне тепло, яке перегріває електроліт по сусідству, а вона, у свою чергу, перегріває інші частини батареї. Тепло поширюється електролітом і утворює пару, піднімаючи тиск до тих пір, поки не тріскається корпус батареї, даючи вихід тиску, що накопичився, і гарячої, липкої і дуже пальної при контакті з повітрям рідини.
Коли таке відбувається, це може завдати фізичних збитків всьому, що знаходиться близько – це плати та скло або пластик. Ці матеріали теж можуть спалахувати від нагрівання, що, у свою чергу, спалахує електроліт, що потек, роблячи його чимось на зразок напалму, який прилипає і пропалює поверхню наскрізь або згоряє сам.
Процес теплового розгону може відбуватися дуже швидко, і ситуація із розряду норми може перейти до катастрофічної всередині батареї навіть раніше, ніж тепло передасться від апарата вашій руці. На щастя, сотні мільйонів літієвих акумуляторів, що виробляються щорічно, мають вкрай малий (статистично майже не значущий) відсоток відмов через тепловий розгін, частково завдяки заходам безпеки (на зразок негорючих добавок у складі електроліту та покриттів).
Механічні пошкодження
Внаслідок того, що перегородки та корпус батареї тонкі, їх легко порвати або пробити. Якщо батарея пошкоджена так, що це дозволяє торкатися електродів, може статися коротке замикання. Миттєвий електричний розряд вибухонебезпечний, і він може нагріти електроліт і створити тиск, який вирветься через будь-яке пошкодження корпусу акумулятора. Гаряче, вогненебезпечно, відбувається контакт із іскрою – ось вам і рецепт катастрофи.
Тонкий корпус, як не дивно це звучить, це теж запобіжний захід. Чим тонший метал, тим простіше його пошкодити, за рахунок цього не утворюється такого великого тиску, виходить такий вентиляційний отвір. Погано, коли назовні виривається гаряча вогненебезпечна рідина, але ще гірше, коли наростає тиск усередині товстішого корпусу, поки нарешті не руйнує його.
А що ж там із Note 7?
Тільки Samsung точно відомо, чому вибухають батареї в Galaxy Note 7. Компанія розіслала у своєму британському підрозділі коротке послання, в якому немає особливого сенсу. Фраза «the anode-to-cathode came into contact» звучить так, ніби описується коротке замикання, але в такому формулюванні це нічого не означає. Але будучи диванним експертом, який на власні очі ніколи не бачив Galaxy Note 7, що вибухає або вже вибухнув, можна сказати, що найбільш ймовірна якраз ситуація із замиканням анода на катод.
Навряд чи можна припускати, що якісь сторонні тіла або частинки, що потрапили на виробництво, контактують з електролітом. Це популярна гіпотеза, але якщо в партії апаратів (ми не знаємо, якого розміру партія) виявляться дрібні частинки в електроліті, ми побачимо набагато більше Galaxy Note 7, що вибухають.
Найімовірнішим здається замикання всерединібатареї або в зарядному ланцюзі разом з електролітом, що має негорючі добавки. Швидкий вибух, який вивільняє невеликий тиск та рідину одночасно, може вичерпати себе, якщо з апаратом ніщо не контактує. Якщо ж станеться контакт із чимось пальним, наприклад, із тим самим сидінням джипа, може статися пожежа.
Попередній звіт Samsung корейським регуляторам називав причиною помилку у виробництві, через яку плати всередині акумулятора контактували один з одним, викликаючи "надмірно високу температуру". У звіті говорилося, що потрібно більш ретельний аналіз, щоб з'ясувати точну причину.
Попередні висновки вказують на помилку у виробництві, через яку плати в осередках акумулятора виявляються під тиском. У свою чергу це змушує вступати в контакт позитивного та негативного полюса, викликаючи надмірне підвищення температури. Тим не менш, Samsung акцентує увагу на необхідності ретельнішого аналізу ситуації, щоб визначити «точну причину» пошкодження акумулятора.
Що ми знаємо про Galaxy Note 7 та його акумулятор
Ми гадки не маємо, що відбувається з Galaxy Note 7, не знає цього і ніхто поза компанією Samsung. Але ми можемо сформулювати обґрунтоване припущення, спираючись на ті малі знання, що ми маємо. Galaxy Note 7 визнаний компанією Samsung проблемним апаратом, його виробництво згорнуто, і ми маємо припинити його використовувати та повернути. Власне, для того, щоб позбавитися потенційного джерела небезпеки, нам не треба знати, чому саме апарати вибухають. Як зробити, справа ваша, як, втім, і те, як поставитися до ситуації в цілому. Ми лише постаралися відкрити завісу над технічною стороною питання.