نحن جميعا في خطر، كل واحد منا لديه قنابل محمولة في المنزل (في جيوبنا، في العمل) يمكن أن تسبب أضرارا جسيمة، وحتى الموت. الأمر كله يتعلق بتكنولوجيا التجميع الخطيرة التي أصبحت معيارًا للعالم أجمع ولا تخيف المجتمع على الإطلاق.

بطارية ليثيوم أيون

اليوم نستخدم جميعًا الكتلة أجهزة مختلفةوالابتكارات التقنية التي تعمل بالليثيوم بطاريات ايون. هذا هو النوع بطارية كهربائية، والتي تختلف عن غيرها من حاملات الطاقة المماثلة في تنوعها، كثافة عاليةالطاقة وسهولة الصيانة.

وعلى الرغم من خصائصها الإيجابية، فإن هذه البطاريات تشكل تهديدا معينا. البطاريات من هذا النوعيمكن أن تنفجر أو تلحق الضرر بالممتلكات أو تدمرها، والأسوأ من ذلك أنها تسبب ضررًا جسيمًا للصحة أو حتى تؤدي إلى الوفاة.

مع ذلك بطاريات الليثيوم أيونعلى نطاق واسع في مجالات متنوعةالحياة البشرية. يمكن العثور على هذا النوع من حاملات الطاقة في السيارات والطائرات، والأهم من ذلك، في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، التي يستخدمها غالبية الناس يوميًا. قواعد دائمة. تحدث تقريبا، كما ذكر أعلاه، كل شيء مجتمع حديثيحمل معه والتي يمكن تفعيلها في حالة حدوث سهو أو حادث مؤسف أو بسبب إهمال الشركة المصنعة.

الأسباب المحتملة لانفجار البطارية

لقد تم اختبار بطاريات الليثيوم مع مرور الوقت وتعتبر آمنة نسبيًا إذا اتبعت جميع توصيات الشركة المصنعة، ولكن كم مرة يزعج أي شخص نفسه بقراءة التعليمات؟ أي انتهاك يمكن أن يؤدي إلى عواقب وخيمة. على سبيل المثال، التغير المفاجئ في درجة الحرارة، وهو أحد الأسباب الأكثر شيوعًا لفشل البطاريات. في هذه الحالة، تبدأ بطارية الليثيوم أيون في إنتاج الغاز، وتصبح البطارية ممتلئة بشكل ملحوظ، وفي حالات نادرة قد يتم اكتشاف تسرب. ويعد كلا العرضين سببًا للتوقف الفوري عن استخدام الجهاز وفصل البطارية والتخلص منها بشكل صحيح. بالإضافة إلى تغير الظروف الحرارية، هناك عدد من الأسباب الشائعة الأخرى لانفجار البطارية والتي تستحق التركيز عليها.

التأثير الجسدي والإصلاحات اليدوية

قد يؤدي أي ضرر أو انحناء أو تأثير إلى ارتفاع درجة حرارة البطارية، مما يؤدي إلى انفجارها. الأمر نفسه ينطبق على الثقوب التي غالبًا ما تصاحب أعمال الإصلاح.

غالبًا ما يلجأ "الرافعات من جميع المهن" إلى إصلاح أي شيء وكل شيء دون اللجوء إلى المتخصصين للحصول على المساعدة. ربما، تجربة جديدة- إنه أمر رائع، يقوم الناس بتطوير مهاراتهم وتوفير المال، ولكن عندما يتعلق الأمر ببطاريات الليثيوم، يجب أن تنسى "مهارتك"، لأنه لا يمكنك تفكيك وإصلاح بطاريات الليثيوم أيون. وينطبق الشيء نفسه على "الخيام" الصغيرة الموجودة فيها مراكز التسوقومسؤول عن إصلاح أنواع مختلفة من الأجهزة الإلكترونية.

الإفراط في التفريغ والتآكل

بقدر ما قد يبدو هذا مثيرًا للسخرية، حتى لو غادرت بطارية ليثيوم أيونفي حالة السكون، تظل خطيرة، لأنها يمكن أن تستهلك كتلة حرجة من الشحنة. عادة في مثل هذه الحالات، تفشل البطارية ببساطة وتتوقف عن العمل، لكن غباء الإنسان وشجاعته ليس لهما حدود. تم تسجيل العديد من المحاولات لإعادة البطارية الفارغة تمامًا إلى الحياة بمجرد شحنها (مع أو بدون جهاز فعال). في كلتا الحالتين، يمكن أن تقصر البطارية، وتسخن على الفور إلى درجة حرارة الاحتراق وتشتعل.

مثلما يمكن أن تنهار الخزانة القديمة في أي لحظة، فإنها يمكن أن ترتفع درجة حرارتها البطارية القديمة. ومع استخدامه، فإنه يبلى، ويفقد حجمه، وتتلف أجزاء معينة منه. سيأتي الوقت و تغيرات فيزيائيةسوف تتطلب البطارية الاستبدال.

فضيحة جالاكسي نوت 7

حدث أكبر انهيار عالمي للبطاريات (في سوق الأجهزة المحمولة) في عام 2016، إلى جانب إطلاق هاتف ذكي من سامسونج. حتى هذا التاريخ الشهير، كان يُنظر إلى انفجار بطارية الهاتف على أنه حادث نادر وغير محتمل. في صيف عام 2016، عندما أبلغت وسائل الإعلام خلال أسبوع عن أكثر من 35 حالة انفجار للهواتف الذكية جالاكسي نوت 7، كل شيء تغير.

بالمناسبة ، تم استقبال الملاحظة 7 بشكل إيجابي للغاية ، حيث كان الجهاز مسرورًا للجميع تمامًا ، ولكن في محاولة للتغلب على منافسيها ، أخطأت سامسونج في تقدير نفسها ووضعت نفسها على محمل الجد. بحلول أوائل سبتمبر، أعلن الممثلون الرسميون للشركة الكورية أنهم سيطلقون حملة عالمية لإعادة الأجهزة المعيبة. عرضوا استبدال الهواتف بنفس الطراز، ولكن من المفترض أن تكون من مجموعة جديدة. وبعد أقل من يومين، تكرر الوضع على نطاق جديد. بدأ الناس يلجأون إلى سامسونج في كثير من الأحيان، وبدأت السيارات تحترق، وبدأت الممتلكات في التدهور، وعانى الناس، وأصيبوا بحروق خطيرة. في لحظة معينةوتراجع الكوريون، وقرروا التوقف عن بيع الهاتف وتجميعه.

أسباب مشاكل جالكسي نوت 7

وبعد أكثر من ستة أشهر، اعتبارًا من يناير 2017، لم تقدم الشركة أي تعليقات واضحة حول الحادث. ويقول العديد من المحللين والأشخاص المطلعين على أنشطة الشركة إن مهندسي الشركة غير قادرين على إعادة إنتاج الانفجار في المختبر.

تميل المنظمات المستقلة إلى الاعتقاد بأن الانفجار حدث بسبب مشاكل في وحدة التحكم بالطاقة. تسبب التصميم المعقد (الكثيف) للهاتف الذكي، بما في ذلك الشاشة المنحنية، في حدوث اتصال بين جزأين من البطارية: الكاثود والأنود، مما أدى بدوره إلى تسخين مفرط. تميل درجة الحرارة دائمًا إلى زيادة درجة الحرارة، وهذا أمر طبيعي، ولكن كان على الشركة المصنعة أن تحرص على حرمان الهاتف الذكي من الطاقة في لحظة معينة. لسوء الحظ، لم يحدث ذلك. وبغض النظر عن مدى حرص المستخدمين على استخدام أجهزة سامسونج الخاصة بهم، فقد حدث انفجار في البطارية مشكلة جماعيةتؤثر على الجميع دون استثناء.

العواقب على الشركة

لفهم كيف حدث مثل هذا الحادث بالنسبة للشركة، يكفي أن تضع نفسك في مكانهم. ماذا سيفكر المستهلك في المنتج الذي أصبح فجأة أضحوكة وتهديدًا للحياة؟ على الأرجح، سوف يتجنب ذلك. ولكن هناك فرق بين أن تكون لديك سمعة موجودة اليوم، ولن تكون موجودة غدًا، وهل ستتوفر مرة أخرى بعد غد، فالحقائق الحقيقية شيء آخر. تكبدت الشركة خسائر خطيرة جدًا وكبيرة بالنسبة لقسم الهاتف المحمول - 22 مليار دولار. وتم منع الهواتف من الشحن عن بعد لتجنب المزيد من الانفجارات.

على هذه اللحظةلم يتم إنتاج الهاتف، والشركة تحقق في الأمر ولا يسعنا إلا أن نأمل أن تكون البطارية قد انفجرت سامسونج نوت 7 سيكون بمثابة درس للكوريين من شأنه أن يجعلهم أقوى.

حالات انفجار ايفون

على الرغم من مكانتها الخاصة في سوق الهواتف الذكية و الحد الأدنى للمستوىالزواج، حتى هاتف أبل الذكي يمكن أن يتحول إلى قنبلة بدائية الصنع. إحدى الحالات الأخيرة كانت انفجار منتج جديد من تفاحة, هاتف آيفون الذكي 7، والذي يُزعم أن أحد المعجبين طلبه عبر الإنترنت، وحصل على أداة تالفة بالفعل.

ولم يكن هناك تأكيد بخصوص الاحتراق التلقائي لجهاز الآيفون، وأرجعت هذه الحادثة إلى إثارة الشائعات المعتادة. لحسن الحظ لأصحابها الهواتف الذكية الطازجةمن كاليفورنيا، كان انفجار بطارية iPhone مجرد واحد من الحالات القليلة الناجمة عن الاستخدام غير السليم (في في هذه الحالةمُبَالَغ فيه التأثير الجسدي)، وليست مشكلة جماعية.

تم الإبلاغ عن حالات أخرى لانفجارات iPhone ناجمة عن دائرة مقصورةالناتجة عن الاستخدام من قبل جهة تصنيع خارجية.

كيفية تجنب الانفجار؟

إن أبسط شيء يمكن لأي مستخدم القيام به هو الاطلاع على التعليمات مرة واحدة على الأقل في حياته ومعرفة مدى خطورة البطارية في الهاتف الذكي ونوع الرعاية التي تتطلبها.

اتبع دائما بالضبط نظام درجة الحرارة، لا تترك هاتفك الذكي تحت المراقبة المباشرة أشعة الشمسطويل جدا. لا يمكنك إزالة البطارية بنفسك في الهواتف الذكية حيث لا يتم توفير هذا الخيار من قبل الشركة المصنعة ( نحن نتحدث عنحول الأدوات ذات الجسم المتجانس).

أعط الأفضلية للأجهزة التي لها اسم ما على الأقل، والتي تم اختبارها عبر الزمن، وتجنب شراء المنتجات الجديدة "الأفضل" بشكل متسرع.

الشيء الرئيسي هو أن نفهم أن انفجار بطارية الليثيوم أمر حقيقي وخطير للغاية، وإذا أمكن، فلا تترك الأجهزة تشحن دون مراقبة، فمن يدري في أي نقطة ستفشل التكنولوجيا وسيحدث حريق.

ماذا بعد؟

الآن من حيث التكنولوجيا بطاريات الليثيوم- هذا هو الخيار الأرخص والأكثر كفاءة في استخدام الطاقة للأجهزة المحمولة والإلكترونيات الأخرى. بطبيعة الحال، هذا النوعالبطاريات لا تزال أولوية.

يمكن استبدال بطاريات الليثيوم رغم اسمها المخيف، نوع مماثلالبطاريات غير ضارة تمامًا بالبشر، وستسمح للأداة بالعيش بشحنة واحدة أطول عدة مرات مما هي عليه الآن. ولسوء الحظ، فإن التطوير في هذا المجال بطيء للغاية ولا ينبغي توقع إحراز تقدم في المستقبل القريب. ولعل انفجار بطارية سامسونج نوت 7 لن يذهب سدى وسيجبر المهندسين العاملين في هذا المجال تقنيات المعلومات، أسرع - بسرعة.

في الآونة الأخيرة، كان موضوع الاحتراق التلقائي لبطاريات الليثيوم أيون في كثير من الأحيان في عناوين الأخبار: الهاتف الذكي، أو لوح التزلج، أو حتى السيارة سوف تشتعل فيها النيران. إذن ماذا يحدث داخل البطارية أثناء الهروب الحراري ولماذا يحدث الاحتراق التلقائي؟

السبب الأكثر شيوعًا للاحتراق التلقائي للبطاريات هو حدوث ماس كهربائي داخل الخلية الكهروكيميائية. الاتصال الكهربائييمكن أن يحدث بين الأنود والكاثود لأسباب عديدة. يمكن أن يكون هذا، على سبيل المثال، ضرر ميكانيكيالخلايا. يحدث ماس كهربائي داخلي أيضًا بسبب انتهاك تكنولوجيا الإنتاج بسبب القطع غير المتكافئ للأقطاب الكهربائية أو ملامستها جزيئات معدنيةبين الأنود والكاثود مما يؤدي إلى تلف الفاصل المسامي. أيضًا، قد يكون سبب ماس كهربائي داخلي هو "إنبات" سلاسل معدن الليثيوم (التشعبات) من خلال الفاصل. يحدث هذا التأثير إذا لم يكن لدى أيونات الليثيوم الوقت الكافي للاندماج في بلورة الأنود أيضًا شحن سريعأو انخفاض درجة الحرارة، وكذلك إذا كانت سعة المادة الفعالة للكاثود تزيد عن قدرة الأنود، ونتيجة لذلك تظهر رواسب مجهرية على سطح الأنود، والتي تنمو تدريجياً.

لذلك، بعد حدوث ماس كهربائي، تبدأ البطارية في التسخين. عندما تصل درجة الحرارة إلى 70-90 درجة مئوية، تبدأ الطبقة الواقية الموصلة للأيونات الموجودة على الأنود في التحلل. ومن ثم يتفاعل الليثيوم المدمج في الأنود مع المنحل بالكهرباء، ويطلق الهيدروكربونات المتطايرة: الإيثان، والميثان، والإيثيلين، وما إلى ذلك. ولكن على الرغم من وجود مثل هذا الخليط المتفجر، لا يحدث حريق، لأنه لا يوجد أكسجين في النظام بعد.

وبما أن التفاعلات مع الإلكتروليت تكون طاردة للحرارة، فإن درجة الحرارة والضغط داخل البطارية يستمران في الزيادة. عندما تصل درجة الحرارة إلى 180-200 درجة مئوية، فإن مادة الكاثود، عادة ما تكون عبارة عن أكسيد فلز انتقالي مع الليثيوم المدمج في البلورة، تخضع لتفاعل عدم التناسب وتطلق الأكسجين. هذا هو المكان الذي يحدث فيه الاحتراق التلقائي وارتفاع حاد في درجة الحرارة. بالتوازي، يحدث التحلل الحراري للكهارل (200-300 درجة مئوية)، والذي يطلق أيضًا الحرارة. تبدو هكذا:

وفي النهاية، يتفاعل الجرافيت مع الإلكتروليت (إذا كان لا يزال موجودًا)، وعندما تصل درجة الحرارة إلى 660 درجة مئوية، يذوب مجمع تيار الألومنيوم. عادة لا ترتفع درجة الحرارة عن 900 درجة مئوية، حيث لا يتبقى شيء ليتحلل.

بالإضافة إلى ماس كهربائي داخلي، هناك أسباب أخرى للاحتراق التلقائي: ارتفاع درجة حرارة البطارية، شحن غير صحيح/ التفريغ (تجاوز الحد الأقصى للجهد المسموح به، والشحن عند التيارات العالية، والتفريغ العميق جدًا)، وما إلى ذلك. لكن كل هذه الأسباب تؤدي إلى نتيجة واحدة: التسارع الحراري وتحلل الإلكتروليت عند التفاعل مع الأقطاب الكهربائية. فقط ترتيب التفاعلات المذكورة أعلاه وسرعتها تختلف.

وبطبيعة الحال، قامت الشركات المصنعة للبطاريات بتوفير أنظمة الحماية ضد الاحتراق التلقائي، وأكثر من ذلك بطارية أكثر قوةكلما زادت درجات الحماية التي يحتوي عليها. أحد أنواع الحماية ضد ماس كهربائى صغير هو فاصل مسامي، والذي، مع زيادة محلية في درجة الحرارة، يصبح غير قابل للاختراق ويمنع، على سبيل المثال، زيادة نمو التشعبات داخل البطارية. لكن في بعض الأحيان ترتفع درجة الحرارة بسرعة كبيرة جدًا ويذوب الفاصل ببساطة، مما يتسبب في ملامسة الأنود للكاثود.

تم تجهيز البطاريات أيضًا بصمامات وصمامات، والتي عند زيادة الضغط ودرجة الحرارة بالداخل، إما تفصل الأقطاب الكهربائية عن الدائرة أو تسمح للغاز المتراكم بالهروب إلى الخارج. في الحالة الأخيرة، بما أن الغازات قابلة للاشتعال، يظهر لهب عند ملامستها للأكسجين من الخارج. يمكن ملاحظة مثال على عمل صمامات الأمان في حادث يتعلق بسيارة Tesla Model S، حيث تم ثقب البطارية بواسطة جسم معدني كبير. نظرًا لأن صمامات البطارية لدى تسلا تشير إلى الأسفل على الأسفلت وكانت الكتل الفردية معزولة جيدًا عن بعضها البعض، فإن الجزء الأمامي فقط من البطارية يحترق (كما قال إيلون ماسك، إذا اخترق نفس الجسم المعدني خزان الغاز، فإن الجزء بأكمله من البطارية يحترق). سوف تحترق السيارة).

بالمناسبة، العزل الحراري للكتل الفردية بطارية كبيرةمهم جدا. إذا لم تشتعل بطارية تسلا في المثال أعلاه بشكل كامل بسبب العزل الحراري الجيد، ففي حالة البطارية الموجودة على متن طائرة بوينغ 787، حدث احتراق تلقائي بسبب عدم عزل الكتل بشكل كافٍ عن بعضها البعض، وهو ما أدى إلى ارتفاع درجة حرارة النظام بأكمله.

كما تم تجهيز بطاريات الليثيوم أيون بوحدات تحكم وأجهزة استشعار وموازنات شحن وما إلى ذلك. يمكنك قراءة المزيد عن أنظمة سلامة البطارية.

كما ترون من هذا المنصب، العنصر الأكثر خطورة المنحل بالكهرباء البطاريةوالتي تتحلل إلى مكونات قابلة للاشتعال عند ارتفاع درجة الحرارة. اليوم، يحاول العلماء إيجاد بدائل أكثر استقرارًا: السوائل الأيونية، إلكتروليتات البوليمر، إلكتروليتات السيراميك ذات الحالة الصلبة، إلخ. لكن هذا موضوع منفصل..

مصادر:

العلامات: إضافة العلامات

إن مستخدمي الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية يدركون بالطبع مشكلة مخاطر الانفجار بطاريات الليثيومالأدوات الخاصة بك. وليس عليك البحث بعيدًا عن الأمثلة المذهلة. في الآونة الأخيرة، على سبيل المثال، واجهت شركة Samsung شخصيا مشكلة ملحة واضطرت إلى استدعاء السلسلة الأولى ملاحظة جديدة 7، بسبب انفجار البطاريات أثناء الشحن. وبشكل أو بآخر، ظلت المشكلة قائمة منذ بدايتها. هاتف خليوي، حظرت منظمة الطيران المدني الدولي حتى في عام 2016 نقل الشحنات التجارية في مقصورات الشحن في وسائل النقل المدني.

والحقيقة هي أنه في عملية شحن بطارية الليثيوم في جهاز محمول، باستخدام وحدة التحكم الدقيقة المدمجة في البطارية، تمامًا خوارزمية معقدةالقيام بهذه العملية بحيث لا تتجاوز درجة حرارة البطارية الحدود المقبولة نطاق درجة حرارة. تقوم وحدة التحكم بمراقبة العديد من معلمات البطارية أثناء الشحن لهذا الغرض.

بالإضافة إلى عملية الشحن نفسها، يتطلب تخزين البطارية أيضًا الامتثال لقواعد معينة، خاصة فيما يتعلق بدرجة الحرارة: لا يمكنك زيادة سخونة البطارية أو تبريدها أكثر من اللازم.

المشكلة الرئيسية التي تؤدي إلى انفجار البطارية هي التسخين الزائد للإلكتروليت بسبب الزيادة درجة الحرارة المسموح بهاأو بسبب ماس كهربائي داخل خلية البطارية. يبدأ التفاعل المتسلسل بسهولة داخل خلية شديدة السخونة، لأن معدن الليثيوم القلوي شديد الاشتعال، مما يتسبب في انتفاخ البطارية، وفي أسوأ الحالات، انفجارها.

وحتى على الرغم من وجود وحدة تحكم "يقظة"، يمكن أن يحدث عيب تصنيعي عرضي (عدم كفاية سمك العازل بين الخلايا) ويؤدي إلى عواقب وخيمة.

بالطبع الصدمات والأعطال والثقوب وارتفاع درجة حرارة الشمس أمر خطير. حتى لو سقطت البطارية واصطدمت قليلاً، فقد يتضرر العازل الموجود بالداخل، وقد يؤدي ذلك إلى حدوث مشكلة مفاجئة لاحقًا، حتى بدون ارتفاع درجة الحرارة بشكل واضح.

يتم فصل الأنود والكاثود في بطارية الليثيوم أيون بواسطة فاصل بوليمر مسامي. يحتوي الكاثود على مادة نشطة، والتي غالبًا ما تستخدم كأكاسيد فلزات انتقالية، حيث يتم تضمين أيونات الليثيوم. الأنود عادة ما يكون من الجرافيت. يتم استخدام محلول عضوي من أملاح الليثيوم كإلكتروليت.

أثناء الشحن الأول في المصنع، يتم دمج الليثيوم في الأنود ويتم تشكيل طبقة من الإلكتروليت المتحلل على الأقطاب الكهربائية، والتي تعمل الآن كحماية من التفاعلات غير الضرورية، مع الحفاظ على التوصيل الأيوني.

كما ذكرنا سابقًا، يعد قصر الدائرة الداخلية أحد الأسباب الرئيسية للاحتراق التلقائي للبطارية. يمكن أن يكون سبب الدائرة القصيرة نفسها الأضرار الماديةأو عيوب التصنيع، مثل القطع غير المتساوي للأقطاب الكهربائية أو وجود جزيئات معدنية بين الكاثود والأنود، مما ينتهك سلامة الطبقة الفاصلة.

سبب آخر لحدوث ماس كهربائي هو نمو سلاسل معدن الليثيوم من خلال الفاصل (إذا لم يكن لدى أيونات الليثيوم في المصنع الوقت الكافي للاندماج الكامل في بلورة الأنود بسبب الشحن السريع بشكل مفرط أو انخفاض حرارة الجسم، أو إذا كانت قدرة المادة الفعالة للكاثود أكبر من قدرة الأنود، مما يؤدي إلى رواسب على الأنود، والتي تنمو بعد ذلك ببطء ولكن لا محالة).

لذلك، في حالة حدوث ماس كهربائي، تبدأ درجة حرارة البطارية في الارتفاع، وعندما تصل إلى 70-90 درجة مئوية، تبدأ الطبقة الواقية الموصلة للأيونات من الأنود في التحلل. يتفاعل الليثيوم الموجود في الأنود مع المنحل بالكهرباء، ويتم إطلاق الهيدروكربونات القابلة للاشتعال، مثل الإيثيلين والميثان والإيثان وما إلى ذلك. ولكن لا يزال الوقت مبكرًا جدًا للاحتراق، لأنه لا يوجد ما يكفي من الأكسجين.

وفي الوقت نفسه، يحدث التفاعل الطارد للحرارة وترتفع درجة الحرارة، ويزداد الضغط داخل غلاف البطارية. عند 180-200 درجة مئوية، يبدأ تفاعل عدم التناسب عند الكاثود، حيث يتم إطلاق الأكسجين. يحدث الاشتعال، وترتفع درجة الحرارة بشكل حاد، ويتحلل المنحل بالكهرباء حرارياً، وتكون درجة الحرارة بالفعل 200-300 درجة مئوية.

وأخيرا، جاء دور الجرافيت، وعندما تصل درجة الحرارة إلى 660 درجة مئوية، يبدأ الألومنيوم الخاص بالمجمع الحالي في الذوبان. درجة الحرارة القصوىفي هذه العملية برمتها، عادة لا يتوفر الوقت لتتجاوز 900 درجة مئوية، لأن كل شيء ينتهي بسرعة بالتحلل الكامل للمكونات الداخلية للبطارية.

وقد تم بالفعل تحقيق تقدم في إيجاد حل لهذه المشكلة

ولحل المشكلة، يمكن لمصنعي الهواتف الذكية تشديد التنظيم، وإضافة صمامات إضافية في الأجهزة والبطاريات، وجعل وحدات التحكم أكثر تعقيدًا، لكن هذا سيؤدي إلى ارتفاع أسعار البطاريات وجميع المنتجات التي تباع بها البطارية. تتنافس الشركات مع بعضها البعض، وببساطة لا تستطيع القيام بذلك اقتصاديًا.

وفي الوقت نفسه، يناضل الفيزيائيون من جامعة ستانفورد من أجل سلامة بطاريات الليثيوم، الذين طوروا في صيف عام 2015 آلية حماية خاصة مدمجة في البطارية في مرحلة الإنتاج.

في جوهر الأمر، نحن نتحدث عن نوع جديد من بطاريات الليثيوم التي يتم إيقاف تشغيلها تلقائيًا عندما تصل أجزائها الداخلية إلى أقصى إمكاناتها درجة حرارة خطيرة(مما يمنع العملية التي تؤدي إلى نشوب حريق لاحق)، وبعد مرور بعض الوقت، بعد التبريد، يتم تشغيلها تلقائيًا مرة أخرى.

تم تنفيذ التطوير لعدة سنوات من قبل فريق من عدة أشخاص (بما في ذلك Zhennan Bao)، وكانت النتيجة بطارية خالية من عيبين رئيسيين - انخفاض حاد في سعة البطارية بعد عدة دورات إعادة شحن، والأهم من ذلك، الميل إلى إطلاق النار والانفجار بسبب ارتفاع درجة الحرارة (يتوقف التفاعل المتسلسل تلقائيًا).

جاء الحل للعلماء من مجال مختلف تمامًا من الفيزياء. لقد صنعوا موازين الحرارة باستخدام جزيئات النيكل النانوية المدمجة في طبقة رقيقة من الجرافين والبلاستيك. كانت هذه موازين حرارة غير عادية. في حالة الراحة، تلامست جزيئات النيكل مع بعضها البعض، وكانت النتيجة دليل جيدحاضِر ولكن عندما تم تسخين الورقة، بدأ البلاستيك في التوسع قليلا، مما أدى إلى إضعاف الاتصال بين جزيئات النيكل الموصلة، وزيادة مقاومة الموصل بأكمله.

هذه هي الخاصية التي استخدمها الباحثون من جامعة ستانفورد على الفور الحماية التلقائيةبطاريات الليثيوم وكاملة الاسترداد التلقائيالاتصال بعد التبريد. لقد قاموا بلصق قطعة من هذا البلاستيك على أحد أقطاب البطارية بحيث تفقد الموصلية مع ارتفاع درجة الحرارة. وعندما تصل درجة الحرارة إلى 70 درجة مئوية

ولكن على الرغم من الحل الذي تم التوصل إليه، فإن الشركات المصنعة للأجهزة المحمولة لا تزال لا تجرؤ على إحداث تغيير جذري في تكنولوجيا إنتاج بطارياتها، والتي تم تطويرها على مر السنين. لذلك، سيتعين على مستخدمي الأدوات الذكية التأقلم مع الخطر المحتمل لبطاريات الليثيوم لبعض الوقت، ومحاولة عدم إسقاطها أو ارتفاع درجة حرارتها. أجهزة محمولة، بل وأكثر من ذلك البطاريات. ربما في المستقبل القريب سيتم حل المشكلة بالكامل.

27 سبتمبر 2016 الساعة 09:38 مساءً

كيف تنفجر بطاريات الليثيوم أيون؟

• الطاقة والبطاريات،
• كيمياء

في الآونة الأخيرة، كان موضوع الاحتراق التلقائي لبطاريات الليثيوم أيون في كثير من الأحيان في عناوين الأخبار: الهاتف الذكي، أو لوح التزلج، أو حتى السيارة سوف تشتعل فيها النيران. إذن ماذا يحدث داخل البطارية أثناء الهروب الحراري ولماذا يحدث الاحتراق التلقائي؟

السبب الأكثر شيوعًا للاحتراق التلقائي للبطاريات هو حدوث ماس كهربائي داخل الخلية الكهروكيميائية. يمكن أن يحدث الاتصال الكهربائي بين الأنود والكاثود لأسباب عديدة. قد يكون هذا، على سبيل المثال، ضررًا ميكانيكيًا للخلية. يحدث ماس كهربائي داخلي أيضًا بسبب انتهاك تقنية الإنتاج عندما يتم قطع الأقطاب الكهربائية بشكل غير متساو أو تصل الجزيئات المعدنية بين الأنود والكاثود، مما يؤدي إلى تلف الفاصل المسامي. أيضًا، قد يكون سبب ماس كهربائي داخلي هو "إنبات" سلاسل معدن الليثيوم (التشعبات) من خلال الفاصل. يحدث هذا التأثير إذا لم يكن لدى أيونات الليثيوم الوقت الكافي للاندماج في بلورة الأنود بسبب الشحن السريع جدًا أو درجة الحرارة المنخفضة، وكذلك إذا تجاوزت سعة المادة الفعالة للكاثود قدرة الأنود، ونتيجة لذلك تكون قدرة المجهرية تظهر رواسب على سطح الأنود، والتي تنمو تدريجياً.

لذلك، بعد حدوث ماس كهربائي، تبدأ البطارية في التسخين. عندما تصل درجة الحرارة إلى 70-90 درجة مئوية، تبدأ الطبقة الواقية الموصلة للأيونات الموجودة على الأنود في التحلل. ومن ثم يتفاعل الليثيوم المدمج في الأنود مع المنحل بالكهرباء، ويطلق الهيدروكربونات المتطايرة: الإيثان، والميثان، والإيثيلين، وما إلى ذلك. ولكن على الرغم من وجود مثل هذا الخليط المتفجر، لا يحدث حريق، لأنه لا يوجد أكسجين في النظام بعد.

وبما أن التفاعلات مع الإلكتروليت تكون طاردة للحرارة، فإن درجة الحرارة والضغط داخل البطارية يستمران في الزيادة. عندما تصل درجة الحرارة إلى 180-200 درجة مئوية، فإن مادة الكاثود، عادة ما تكون عبارة عن أكسيد فلز انتقالي مع الليثيوم المدمج في البلورة، تخضع لتفاعل عدم التناسب وتطلق الأكسجين. هذا هو المكان الذي يحدث فيه الاحتراق التلقائي وارتفاع حاد في درجة الحرارة. بالتوازي، يحدث التحلل الحراري للكهارل (200-300 درجة مئوية)، والذي يطلق أيضًا الحرارة. تبدو هكذا:

وفي النهاية، يتفاعل الجرافيت مع الإلكتروليت (إذا كان لا يزال موجودًا)، وعندما تصل درجة الحرارة إلى 660 درجة مئوية، يذوب مجمع تيار الألومنيوم. عادة لا ترتفع درجة الحرارة عن 900 درجة مئوية، حيث لا يتبقى شيء ليتحلل.

بالإضافة إلى قصر الدائرة الداخلية، هناك أسباب أخرى للاحتراق التلقائي: ارتفاع درجة حرارة البطارية، والشحن/التفريغ غير المناسب (تجاوز الحد الأقصى المسموح به من الجهد، والشحن بتيارات عالية، والتفريغ بعمق شديد)، وما إلى ذلك. لكن كل هذه الأسباب تؤدي إلى نتيجة واحدة: التسارع الحراري وتحلل الإلكتروليت عند التفاعل مع الأقطاب الكهربائية. فقط ترتيب التفاعلات المذكورة أعلاه وسرعتها تختلف.

وبطبيعة الحال، قامت الشركات المصنعة للبطاريات بتوفير أنظمة حماية ضد الاحتراق التلقائي، وكلما كانت البطارية أكبر وأكثر قوة، زادت درجات الحماية التي تحتوي عليها. أحد أنواع الحماية ضد ماس كهربائى صغير هو فاصل مسامي، والذي، مع زيادة محلية في درجة الحرارة، يصبح غير قابل للاختراق ويمنع، على سبيل المثال، زيادة نمو التشعبات داخل البطارية. لكن في بعض الأحيان ترتفع درجة الحرارة بسرعة كبيرة جدًا ويذوب الفاصل ببساطة، مما يتسبب في ملامسة الأنود للكاثود.

تم تجهيز البطاريات أيضًا بصمامات وصمامات، والتي عند زيادة الضغط ودرجة الحرارة بالداخل، إما تفصل الأقطاب الكهربائية عن الدائرة أو تسمح للغاز المتراكم بالهروب إلى الخارج. في الحالة الأخيرة، بما أن الغازات قابلة للاشتعال، يظهر لهب عند ملامستها للأكسجين من الخارج. يمكن ملاحظة مثال على عمل صمامات الأمان في حادث يتعلق بسيارة Tesla Model S، حيث تم ثقب البطارية بواسطة جسم معدني كبير. نظرًا لأن صمامات البطارية لدى تسلا تشير إلى الأسفل على الأسفلت وكانت الكتل الفردية معزولة جيدًا عن بعضها البعض، فإن الجزء الأمامي فقط من البطارية يحترق (كما قال إيلون ماسك، إذا اخترق نفس الجسم المعدني خزان الغاز، فإن الجزء بأكمله من البطارية يحترق). سوف تحترق السيارة).

بالمناسبة، العزل الحراري للكتل الفردية في بطارية كبيرة مهم جدا. إذا لم تشتعل بطارية تسلا في المثال أعلاه بشكل كامل بسبب العزل الحراري الجيد، ففي حالة البطارية الموجودة على متن طائرة بوينغ 787، حدث احتراق تلقائي بسبب عدم عزل الكتل بشكل كافٍ عن بعضها البعض، وهو ما أدى إلى ارتفاع درجة حرارة النظام بأكمله.

كما تم تجهيز بطاريات الليثيوم أيون بوحدات تحكم وأجهزة استشعار وموازنات شحن وما إلى ذلك. يمكنك قراءة المزيد عن أنظمة سلامة البطارية.

كما ترون من هذا المنشور، فإن أخطر مكونات البطارية هو الإلكتروليت، الذي يتحلل إلى مكونات قابلة للاشتعال عند ارتفاع درجة الحرارة. اليوم، يحاول العلماء إيجاد بدائل أكثر استقرارًا: السوائل الأيونية، إلكتروليتات البوليمر، إلكتروليتات السيراميك ذات الحالة الصلبة، إلخ. لكن هذا موضوع منفصل..

أسباب انفجار بطارية الهاتف وكيفية تجنبها

البطارية في أي جهاز هي بنك طاقة كهربائية، فيها معين العمليات المدارة. إذا أساءت استخدام البطارية، أو ألحقت بها الضرر عن قصد أو عن غير قصد، فقد تكون العواقب غير سارة للغاية. ومن الجدير بالذكر أن معظم البطاريات تستخدم مواد ضارة بصحة الإنسان. وعندما يتم تفكيكها أو تدميرها أو تفجيرها، تتسرب العناصر الضارة والسوائل والغازات. بخصوص البطاريات الهواتف الحديثة، فهي بأغلبية ساحقة من الليثيوم. الليثيوم مادة غير مستقرة للغاية ويمكن أن تشتعل بسهولة في الهواء. في ظل ظروف معينة، قد تنفجر بطارية هاتفك. واليوم سننظر إلى أسباب هذه الظاهرة، وكيفية تجنبها.

أحد أسباب انفجار البطارية هو عيب في التصنيع. فقط الاختيار الدقيق للبائع يمكن أن ينقذك من هذا. عادة ما تظهر عيوب التصنيع نفسها مباشرة بعد بدء التشغيل. في كثير من الأحيان يتجلى الخلل في الانتفاخ بطارية. وينبغي إيقاف تشغيل مثل هذه البطارية قبل أن تنفجر. ننصحك بالقراءة عنها.

الشركات المصنعة الكبيرةلديهم نظام صارم لمراقبة الجودة في مصانعهم للتخلص من البطاريات المعيبة. يقوم بائعو البطاريات ذوو السمعة الطيبة بمراقبة المنتجات الموجودة على أرففهم. لذلك يجب عليك شراء بطارية لهاتفك فقط من الأماكن الموثوقة.عند القيام بذلك، افحص البطارية دائمًا. إذا طلبت بطارية من متجر عبر الإنترنت، فتأكد من قراءة المراجعات المتعلقة بها.

عند فحص البطارية، انتبه إلى الخدوش والرقائق والتورم وعلامات السقوط والصدمات. تأكد أيضًا من عدم وجود تغييرات أخرى في الشكل. لكن المشاكل يمكن أن تكمن في الداخل دون وجود عيوب خارجية مرئية. قد يظهر سقوط الهاتف دون عواقب واضحة لاحقًا.

وبطبيعة الحال، انفجار البطارية ليس أمرا نادرا. لكن عواقب الصدمات والسقوط يمكن أن تتجلى في انخفاض مدة الخدمة، وانخفاض القدرة، وما إلى ذلك.

لذلك، عند شراء بطارية الهاتف، انتبه إلى العيوب التالية:

• رقائق؛
• الخدوش.
• الانتفاخ.
• تغييرات الشكل الأخرى.

ليست حقيقة أن مثل هذه العيوب ستؤدي إلى انفجار البطارية، ولكن لماذا المشاكل غير الضرورية؟

إذا انفجرت بطارية هاتفك، فعليك محاولة إطفائها في أسرع وقت ممكن دون ذعر. ثم افحص نفسك ومن حولك للتأكد من عدم وجود إصابات. إذا تلقيت ضرر جسيم، اتصل على الفور بسيارة الإسعاف للحصول على المساعدة الرعاية الطبية. في هذه اللحظة عليك أن تفكر في صحتك ومن حولك، وليس في هاتفك. يمكن أن يؤدي انفجار البطارية إلى إصابة خطيرة جدًا.

إذا انفجرت بطارية هاتفك دون عواقب على صحتك ومن حولك، فهذا حظ حقيقي. ثم، مباشرة بعد الإطفاء، يمكنك البدء في فحص الجهاز. احتمالية عدم تعرض الهاتف نفسه للتلف عند انفجار البطارية ضئيلة جدًا.ومع ذلك، إذا كان القطن صغيرا، فمن الممكن أن القضية واللوحة لن يكون لها وقت للذوبان. إذا كان الأمر كذلك، فاعتبر نفسك محظوظا بشكل مضاعف. إذا حدث انفجار في بطارية الهاتف الجديد عند حدوثه العملية الصحيحة، ثم يمكنك حملها بأمان إلى مركز خدمات، لأن هذه حالة ضمان.

أثناء التشغيل، قد تؤدي الأسباب التالية إلى انفجار بطارية الهاتف:

• شحن البطارية في غرفة ذات درجة حرارة عالية؛
• استخدام البطارية متى درجة حرارة عاليةنظام التشغيل؛
• شحن البطارية وتخزينها في ضوء الشمس المباشر؛
• ومحاولات فتح بطارية الهاتف بطرق مختلفة؛
• التشغيل غير السليم، المتعمد أو العرضي (الاشتعال، التسخين في الميكروويف، وما إلى ذلك)؛
• في بعض الحالات، قد يحدث انفجار بسبب شحن البطارية بشكل غير صحيح بدون الهاتف.

حالات حقيقية لانفجار بطارية الهاتف بين المستخدمين

لن يخيفك كثيرًا لأن بطارية هاتفك تنفجر أيضًا شائع. يحدث هذا بشكل رئيسي عندما يحاول المستخدم عمدا التسبب في انفجار، في حالة التفكيك غير السليم أو البطارية ذات الجودة الرديئة. لكن مثل هذه الحالات تحدث بشكل دوري وليست شيئًا من الخيال العلمي.

تحدث حالات انفجار بطاريات الهاتف بشكل منتظم منذ النصف الثاني من العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. فقط من لحظة تلقيها استخدام واسعالخامس الأدوات المحمولة. منذ ذلك الحين، ظهرت بانتظام تقارير عن انفجار بطاريات الهواتف والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة في وسائل الإعلام المختلفة. وهنا بعض منهم.

في الصين في عام 2007، أفيد أن أحد العاملين في إحدى شركات التعدين تعرض لانفجار في بطاريته. تليفون محمولالحق في جيب ملابسك.

وقبل عامين، وقعت حادثة مماثلة في كازاخستان. وهناك، انفجرت بطارية الهاتف الذكي الخاصة بالفتاة في جيبها. سامسونج جالاكسي S2. وبعد اشتعال البطارية وانفجارها اشتعلت النيران في بنطال الجينز الخاص بالفتاة. مما أدى إلى إصابة الطفل بحروق خطيرة في ساقه.

وفي فنلندا، لم يصب أحد السكان المحليين بأذى عندما انفجرت بطارية نوكيا. لقد أسقطت البطارية، ونتيجة لذلك تم تفريغها ولم تكتسب القدرة عند الشحن اللاحق. بعد الانقطاع عن شاحنارتفعت درجة حرارة البطارية فجأة وانتفخت وانفجرت.

في نفس فنلندا منذ عدة سنوات، المالك هاتف سامسونجانفجرت البطارية عندما سقط الجهاز على الأرض. علاوة على ذلك، كان الانفجار قويا لدرجة أن الأرضية في موقع التحطم احترقت بشدة.

الكثير من الانفجارات بطاريات نوكيا، تم تسجيل Samsung في فيتنام والهند ودول أخرى في المنطقة الآسيوية. بالإضافة إلى ذلك، هناك المزيد من حالات انفجار البطاريات الصينية المزيفة. ولكن ليس فقط بطاريات الهواتف الصينية والكورية هي التي تنفجر. هناك الكثير من الأمثلة عندما انفجرت بطاريات ايفونو iPad وغيرها من المنتجات من الدرجة الأولى.

على سبيل المثال، في فرنسا ل السنوات الاخيرةوتم تسجيل عشرات حالات الانفجارات بطاريات ايفون. وانفجرت عدة أجهزة في أيدي أصحابها. وأصيب البعض بجروح خطيرة. أصابتهم الشظايا المتطايرة في وجوههم. تم تسجيل انفجار في المملكة المتحدة منذ وقت ليس ببعيد بطارية ابللمس الآيبود.

وبطبيعة الحال، مقارنة بعدد البطاريات المستخدمة عادة، فإن عدد الانفجارات هو بمثابة "قطرة في محيط". لذلك، لا داعي للذعر. ولكن عليك أن تفهم لماذا يحدث هذا. يعود الأمر كله إلى المواد المستخدمة في بطاريات الليثيوم والعمليات التي تحدث داخلها.

يتم إنتاج بطاريات الهواتف في نطاق متزايد باستمرار من مختلف الأحجام والأشكال. ويحاول المصنعون تقليل حجم البطاريات قدر الإمكان بالسعات العالية، لأن هذا يسمح لهم بجعل الأجهزة المحمولة أرق وأكثر أناقة.

ولكن هذا هو المكان الذي تأتي منه المشاكل. نظرًا لحقيقة أن المكونات الرئيسية للبطارية (الأقطاب الكهربائية) تقع بالقرب من بعضها البعض قدر الإمكان، عند أدنى انتهاك للشكل، يتم تعطيل العمليات الكهروكيميائية. فقد يؤدي ذلك إلى نشوب حريق وانفجار.

كقاعدة عامة، يحدث حريق وانفجار بطارية الهاتف بسبب ماس كهربائى (ماس كهربائى). يشتمل تصميم البطارية على فاصل يفصل بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة. إذا تعرضت للتلف (نتيجة الاصطدام، أو عيوب التصنيع، أو الثقب، أو التسخين، وما إلى ذلك)، فتحدث دائرة كهربائية قصيرة ويجب ارتفاع الحرارة. البطاريات نوع الليثيوميستهلك الكثير من الطاقة، والليثيوم معدن نشط للغاية. لذلك، نتيجة لاختراق الفاصل، يحدث التسخين الفوري والاحتراق وإطلاق الطاقة نتيجة للانفجار.

وفي الوقت نفسه، يعد هذا النشاط الشديد للليثيوم مفيدًا جدًا في إنشاء بطاريات عالية السعة (ليثيوم أيون وليثيوم بوليمر). تتميز المعادن القلوية من المجموعة الأولى من الجدول الدوري (الصوديوم، البوتاسيوم)، والتي تشمل الليثيوم، بتفاعلية عالية. يمكن لهذه المعادن أن تشتعل بسهولة في الهواء. بالإضافة إلى ذلك، فإن تفاعل بعض هذه المعادن مع الماء يمكن أن يسبب انفجاراً. كل هذه العوامل تفسر سبب انفجار بطاريات الهاتف.

انتباه! وفي الأعلى كانت هناك صور ومقاطع فيديو لانفجارات البطاريات. لا تحاول إعادة إنتاج ما تم عرضه هناك. حتى لو كنت تقوم بتجربة بطارية قديمة، ضع في اعتبارك أن الاشتعال والانفجار سيسببان ضررًا للأشياء المحيطة. والأهم من ذلك أنك قد تسبب ضررًا لا يمكن إصلاحه لصحتك.