Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Почему взрываются аккумуляторы
Количество просмотров: 25547
Комментарии к статье: 5


Почему взрываются аккумуляторы


Почему взрываются аккумуляторыПользователи смартфонов и планшетов конечно знают о проблеме взрывоопасности литиевых аккумуляторов своих гаджетов. И за яркими примерами далеко ходить не приходится. Недавно, например, компания Самсунг столкнулась с наболевшей проблемой лично, и была вынуждена отозвать первую серию нового Note 7, поскольку аккумуляторы взрывались прямо в процессе зарядки. Так или иначе, проблема остается таковой с начала появления сотовых телефонов, ИКАО даже в 2016 году запретила к перевозке в грузовых отсеках гражданского транспорта коммерческие партии литиевых аккумуляторов.

Суть проблемы с литиевыми аккумуляторами

Дело в том, что в процессе заряда литиевого аккумулятора в мобильном устройстве, при помощи встроенного в аккумулятор микроконтроллера реализуется довольно сложный алгоритм осуществления этого процесса, чтобы температура батареи не выходила бы за пределы приемлемого температурного диапазона. Контроллер отслеживает для этой цели многие параметры батареи в процессе ее зарядки.

Кроме непосредственно процесса зарядки, хранение аккумулятора тоже требует соблюдения некоторых правил, особенно касательно температуры: нельзя ни перегревать, ни переохлаждать аккумулятор.

Суть проблемы с литиевыми аккумуляторами

Основная проблема, приводящая к взрыву аккумуляторов — это чрезмерный разогрев электролита из-за превышения допустимой температуры или вследствие короткого замыкания внутри аккумуляторной ячейки. Цепная реакция легко инициируется внутри перегревшейся ячейки, ведь щелочной металл литий очень легко воспламеняется, вследствие чего батарея вздувается и в худшем случае — взрывается.

И даже несмотря на наличие «внимательного» контроллера, случайный заводской брак (недостаточная толщина изолятора между ячейками) может иметь место и привести к печальным последствиям.

Конечно опасны удары, пробои, проколы, перегрев на солнце. Даже если батарея упала и слегка ударилась, внутри может произойти нарушение изолятора, и в дальнейшем это возможно приведет к внезапной неприятности, даже без явного перегрева.

Причина взрывоопасности литиевых аккумуляторов

Анод и катод литий-ионного аккумулятора разделены сепаратором из пористого полимера. Катод имеет на себе активный материал, в качестве которого зачастую применяют оксиды переходных металлов, в которые встроены ионы лития. Анод, как правило, графитный. Органический раствор солей лития используется в качестве электролита.

При первой зарядке на заводе, литий встраивается в анод и на электродах образуется слой разложившегося электролита, который теперь служит защитой от лишних реакций, оставаясь при этом ион-проводящим.

Причина взрывоопасности литиевых аккумуляторов

Как отмечалось выше, внутреннее короткое замыкание — одна из основных причин самовозгорания аккумулятора. Причиной же самого короткого замыкания может стать физическое повреждение или заводской брак, типа неровной нарезки электродов или попадания металлических частиц между катодом и анодом, которые нарушают целостность слоя сепаратора.

Еще одна причина замыкания — прорастание цепочек металлического лития через сепаратор (если ионы лития еще на заводе не успели до конца встроиться в кристалл анода из-за чрезмерно быстрой зарядки или от переохлаждения, либо если емкость активного материала катода больше емкости анода, что приводит к отложениям на аноде, которые потом медленно, но неумолимо растут).

Так вот, если короткое замыкание произошло, то температура аккумулятора начинает подниматься, и при достижении 70-90°C начинается разложение защитного ион-проводящего слоя анода. Литий анода реагирует с электролитом, при этом выделяются горючие углеводороды, такие как этилен, метан, этан и т. д. Но до возгорания еще рано, ведь не хватает кислорода.

Между тем экзотермическая реакция идет и температура растет, давление внутри корпуса аккумулятора повышается. При 180-200°C начинается реакция диспропорционирования на катоде, где и выделяется кислород. Происходит воспламенение, температура резко повышается, а электролит термически разлагается, температура уже 200-300°C.

Наконец, наступает очередь графита, и с достижением температуры в 660°C начинает плавиться алюминий токоприемника. Максимальная температура во всем этом процессе обычно не успевает превысить 900°C, поскольку все быстро заканчивается полным разложением внутренних компонентов аккумулятора.

Взрыв аккумулятора

Уже есть успехи в поисках решения проблемы

Для решения проблемы производителям смартфонов можно ужесточить регулирование, сделать дополнительные предохранители в аппаратах и в аккумуляторах, усложнить контроллеры, однако это приведет к удорожанию аккумуляторов и всей продукции, в комплекте с которой аккумулятор продается. Компании конкурируют между собой, и просто экономически не могут пойти на это.

А тем временем за безопасность литиевых аккумуляторов борются физики из Стенфорда, которые еще летом 2015 года разработали специальный защитный механизм, встраиваемый в аккумулятор уже на стадии производства.

По сути речь идет о новом виде литиевых батарей, которые автоматически отключаются при достижении их внутренностями потенциально опасной температуры (что и предотвращает процесс, приводящий к последующему возгоранию), а через некоторое время, после остывания, автоматически включаются вновь.

Авторы разработки утверждают, что это первая литиевая батарея, которая сможет многократно отключаться и восстанавливаться без потери своих свойств и рабочих характеристик.

Разработка велась несколько лет коллективом из нескольких человек (в числе которых Чженань Бао), в итоге получилась батарея, лишенная двух главных недостатков — резкого снижения емкости аккумулятора после нескольких циклов перезаряда и, что более важно, склонности к возгораниям и взрывам из-за перегрева (цепная реакция автоматически останавливается).

Решение пришло к ученым совсем из другой области физики. Они делали термометры используя наночастицы никеля, встроенные в тонкий лист из графена и пластика. Это были необычные термометры. В покое частицы никеля друг с другом соприкасались, то есть получался хороший проводник тока. Но когда лист разогревался, пластик начинал немного расширяться, что приводило к ослаблению контакта между проводящими никелевыми частичками, и сопротивление всего проводника возрастало.

Вот это свойство и применили исследователи из Стенфорда для мгновенной автоматической защиты литиевых батарей и для полного автоматического восстановления контакта после остывания. Они приклеили лист такого пластика к одному из электродов батареи, чтобы он терял проводимость с ростом температуры. И когда температура достигает 70°C 

Современный мобильный телефон

Но несмотря на найденное решение, производители мобильных устройств все равно не решаются резко менять наработанную годами технологию производства своих аккумуляторов. Поэтому пользователям гаджетов придется еще на некоторое время смириться с наличием потенциальной опасности литиевых батарей, и стараться не ронять и не перегревать свои мобильные устройства, а тем более аккумуляторы. Возможно в скором будущем проблема будет полностью решена.

Смотрите также: Правильная эксплуатация литий-ионных аккумуляторов

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Литий-полимерные аккумуляторы
  • Литий-ионные батареи: устройство, принцип работы, виды и применение
  • Прозрачный аккумулятор
  • Алюминиевые аккумуляторы
  • Внутреннее сопротивление аккумулятора
  • Как рассчитать параметры зарядного устройства для аккумулятора
  • Что такое саморазряд аккумулятора
  • Гибкие аккумуляторные батареи
  • Правильная эксплуатация литий-ионных аккумуляторов
  • Углеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

    Аккумулирование энергии, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Руслан |

    "чрезмерный разогрев электролита из-за превышения допустимой температуры" - туфталогичная туфталогика туфталогии.

      Комментарии:

    #2 написал: Дмитрий Коновалов |

    В отличие от аккумуляторов с водным химическим составом (например, свинцово-кислотных аккумуляторов и различных типов никелевых аккумуляторов), невозможно провести безопасную и устойчивую реакцию перезарядки литий-ионных элементов. Перезарядка литий-ионных элементов приводит к чрезмерному удалению лития с катода, отложению лития на аноде и разложению электролита. Эти процессы необратимо повреждают элемент и в конечном итоге могут привести к термической нестабильности и, как следствие, к возгоранию аккумулятора. По этой причине системы, использующие литий-ионные батареи, должны быть оборудованы системой управления батареями. Такая система должна иметь возможность измерять напряжение отдельных ячеек, контролировать температуру и корректировать дисбаланс в состоянии заряда ячеек батареи без необходимости перезарядки.

      Комментарии:

    #3 написал: Григорий |

    Взрыв аккумуляторов - это редкое, но опасное явление, которое может произойти при неправильном использовании или хранении аккумуляторов. Этот процесс связан с накоплением газов внутри аккумулятора, которые, если не удаляться, могут наконец набрать критическую массу и привести к взрыву.

    Одной из причин взрывов аккумуляторов является неправильное использование или зарядка. Если аккумулятор не заряжается правильно или используется не по назначению, он может перегреться и начать выделять газы. Если эти газы накапливаются внутри корпуса аккумулятора, они могут наконец достигнуть точки кипения и вызвать взрыв.

    Еще одной причиной взрывов аккумуляторов может быть механическое повреждение корпуса. Если аккумулятор падает или подвергается ударам, корпус может повредиться, и это может привести к выходу газов и взрыву.

    Также стоит упомянуть о некачественных аккумуляторах. Если аккумуляторы изготовлены неправильно или с использованием низкокачественных материалов, они могут стать источником опасности. В таких аккумуляторах газы могут накапливаться быстрее, и это может привести к увеличению риска взрыва.

    Чтобы избежать взрывов аккумуляторов, необходимо использовать и хранить их правильно. Следует использовать только рекомендованные зарядные устройства, не допускать механических повреждений корпуса, не допускать перегрева аккумулятора, и следить за его состоянием и сроком службы. Также необходимо использовать только качественные аккумуляторы, которые произведены из надежных и безопасных материалов.

      Комментарии:

    #4 написал: Гость |

    Аккумуляторы могут взрываться по нескольким основным причинам, среди которых: перегрев вследствие короткого замыкания, заводского брака, неправильного использования или химической реакции; заводской брак, связанный с некачественными материалами или неправильным производственным процессом; неправильное использование, например, зарядка неподходящим устройством; короткое замыкание, приводящее к сильному перегреву; химическая реакция, которая может стать нестабильной при несоблюдении правил эксплуатации.

      Комментарии:

    #5 написал: Иван |

    Физическое повреждение аккумулятора может привести к короткому замыканию внутренних компонентов, что приведет к возгоранию или взрыву. Короткое замыкание может произойти, когда сепаратор между анодом и катодом поврежден, что позволяет двум электродам соприкасаться и выделять тепло. Сепараторы низкого качества, электролиты или другие компоненты могут увеличить риск возгорания или взрыва аккумулятора. Дефекты производственного процесса также могут увеличить риск возгорания или взрыва аккумуляторной батареи. 

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.