Hvorfor eksploderer lithium-ion batterier?

Mens lithium-ion-batterier i det hele taget er utroligt sikre, gør de meget meget lejlighedsvis nogle gange i brand eller eksploderer. Når det sker, som med Samsungs Galaxy Note 7 fiasco eller HPs nyere laptop tilbagekald, er det altid store nyheder. Så hvad sker der, og hvorfor går batterier nogle gange med et bang? Lad os finde ud af det.

Genopladelige lithium-ion-batterier - den type batteri, der er inde i din bærbare computer, telefon, tablet og stort set alle andre moderne gadgets du ejer, samt elbiler og fly - er ansvarlige for den bærbare enhedsrevolution. Uden lithium-ion-batterier ville jeg ikke kunne skrive denne artikel i en kaffebar; i stedet skal jeg være tilsluttet en strømkilde hele tiden.

Hvad er der inden for et lithium-ion batteri?

For at forstå, hvorfor lithium-ion-batterier undertiden fejler, skal du vide, hvad der sker under emhætten. Inden for hvert litiumionbatteri er der to elektroder - den positivt ladede katode og den negativt ladede anode - adskilt af et tyndt ark med "mikroperfereret" plastik, der holder de to elektroder i kontakt. Når du oplader et lithiumionbatteri, skubbes lithiumioner med elektricitet fra katoden gennem mikroperferationerne i separatoren og et elektrisk ledende fluidum og til anoden. Når batteriet udlades, sker det omvendt med lithiumionerne, som strømmer fra anoden til katoden. Dette er den reaktion, der styrer din bærbare computer.

Små batterier, som dem, der findes i smartphones, har normalt kun en enkelt litiumioncelle. Større batterier, som i bærbare computere, har normalt mellem 6 og 12 lithiumionceller. Batterierne i elbiler og fly kan have hundredvis af celler.

Hvad der gør et lithium-ion batteri eksplodere?

Det eneste, der gør lithium-ion-batterier så nyttige, er, hvad der også giver dem mulighed for at fyre eller eksplodere. Lithium er virkelig fantastisk til at lagre energi. Når den er frigivet som en dråbe, styrer den din telefon hele dagen. Når det er frigivet på en gang, kan batteriet eksplodere.

Dette litiumionbatteri fra en Japan Airlines Boeing 787 blev brændt i 2013.

De fleste lithium-ion batterier brande og eksplosioner kommer ned til et kortslutningsproblem. Dette sker, når plastens separator fejler og lader anoden og katoden røre ved. Og når de to kommer sammen, begynder batteriet at overophedes.

Der er en række grunde til, at separatoren kan mislykkes:

Dårlige design- eller produktionsfejl: Batteriet er dårligt designet, som med Galaxy Note 7. I så fald var der ikke plads nok til elektroderne og separatoren i batteriet. I nogle modeller, da batteriet ekspanderede lidt som det opladede, bøjede elektroderne og forårsagede en kortslutning. Selv et godt designet batteri kan mislykkes, hvis kvalitetskontrollen ikke holdes tæt nok eller der er en vis defekt i fremstillingen.
Eksterne faktorer: Ekstrem varme er næsten garanteret at forårsage en fejl. Batterier forlod for tæt på en varmekilde - eller fanget i en brand - har været kendt for at eksplodere. En anden ekstern faktor kan medføre, at et litiumionbatteri også svigte. Hvis du taber din telefon for hårdt (eller for mange gange), er der en chance for at beskadige separatoren og få elektroderne til at røre ved. Hvis du gennemborer batteriet (enten ved et uheld eller med vilje), så vil du næsten helt sikkert forårsage en kortslutning.

Oplader problemer: En dårlig lavet eller dårlig isoleret oplader kan også beskadige et lithium-ion batteri. Hvis opladeren shorts eller genererer varme i nærheden af batteriet, kan det forårsage tilstrækkelig skade for at forårsage fejl. Derfor anbefaler vi at bruge kun officielle opladere (eller i det mindste højkvalitets tredjeparts fra anerkendte mærker). Lithium-ion-batterier har indbygget beskyttelser for at stoppe dem overopladning. Selvom disse sikkerhedsforanstaltninger ikke fungerer, er det meget sjældent, at overopladning er en god måde at overophede et batteri på.
Thermal Runaway og Multiple Cells: Selv om det ikke er relevant for enkeltcellebatterier som dem, der findes i de fleste smartphones (iPhone X har faktisk to celler), behøver kun en battericelle at mislykkes, for hele batteriet skal gå. Når en celle overophedes, får du en domino-effekt kaldet "termisk runaway." For batterier med hundredvis af celler, som dem i Tesla Model S-termisk runaway, har potentialet til at være et virkelig stort problem.

Selv om det undersøges, hvorfor batteriet nogle gange fejler, er et skræmmende billede, er lithium-ion-batterier en sikker og moden teknologi. Det faktum, at det altid er nyt, når et batteri eksploderer uventet, viser hvor sjældent en begivenhed de store fejl er. Batteriproducenterne stiller mange sikkerhedsforanstaltninger til rådighed for at forhindre batterier i at svigte eller i det mindste begrænse den skade, en fejl kan forårsage.

Fotokredit: wk1003mike / Shutterstock.com.