Как и почему взрываются Li-Ion аккумуляторы. Полная версия.

Наша редакция никак не могла обойти такую выпуклую фактуру. Судите сами.

Заголовки прессы: iPhone 6 загорелся на борту летящего самолета, iPhone 5c загорелся в кармане у школьницы,  iPhone загорелся в руках пассажирки во время полета над океаном, iPhone согнулся и загорелся в кармане, взорвавшийся iPhone ранил французского подростка, в Великобритании смартфон BlackBerry взорвался прямо в кровати у ребенка, iPhone 6s загорелся в процессе зарядки

Душераздирающие видео: Samsung Galaxy Note 7 explodes during Southwest flight boarding, Smoking Samsung Galaxy Note 7 caught on video in Hawaii home.

С 1 апреля 2016 года литий-ионные аккумуляторы запрещены для провоза в багаже пассажирских самолетов.

Мы начнем свое расследование немного издалека, как и положено технарям.

Что такое горение по сути? Как нам говорит Википедия :

Горение — сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе химических реакций, сопровождающихся интенсивным выделением тепла и, возможно, света.

А что такое теплота и свет? Это, если по-простому, энергия.

И вот вопрос: где в смартфоне / телефоне / ноутбуке находится энергия (необходимая для горения) ? Правильно, дети, энергия запасается в аккумуляторной батарее.

Но это еще не всё. Когда вы зажигаете газовую плиту, то газовая подстанция не горит, горит конфорка у вас дома. А какая часть смартфона потребляет бОльшую часть энергии ? Правильно, это центральный процессор, который при этом может ощутимо нагреваться. Однако все производители мобильных процессоров изначально закладывали в них технологии, позволяющие различными способами снизить энергопотребление. Поэтому риском возгорания непосредственно ЦП из-за перегрева можно пренебречь.

Итак, чисто благодаря дедукции, ничего пока не зная о собственно смартфонах, мы выявили фактор риска.

Кроме аккумулятора гореть там нечему. Этот наш простой вывод является откровением для всех инженеров Samsung, которые до сих пор “не могут определить причину возгорания Galaxy Note 7“.

Теперь подробнее присмотримся к аккумуляторам смартфонов. В мобильных устройствах чаще всего применяются литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) как наиболее энергоёмкие и доступные на сегодняшний день. Первый аккумулятор выпущен в 1991 году.

Давно известно, что диапазон рабочих температур Li-ion аккумулятора от -20 °C до +60 °C, оптимальная +20 °C. Другими словами температура окружающей среды не может служить причиной возгорания Li-ion, либо эти случаи очень редки, на грани выживания самого человека.

Так же давно и хорошо известно, что из-за превышения напряжения при заряде Li-ion аккумулятор может загореться. И именно поэтому эти аккумуляторы снабжают электронной схемой защиты. Эта же схема может контролировать температуру аккумулятора, отключая его при перегреве, ограничивать глубину разряда и ток потребления.

Всё это должно быть в смартфонах но, гримасы капитализма, в погоне за ценой и прибылью защиту могут не ставить, или ставить облегчённую версию. Не исключён брак и в самом аккумуляторе.

Обычно производители стараются увеличить энергоемкость аккумулятора одновременно уменьшив его габаритные размеры, зачастую в ущерб безопасности.

Не будем подробно разбирать принцип работы Li-ion. Скажем лишь, что литий-ионный аккумулятор состоит из герметичного корпуса, электродов из фольги, разделённых пропитанными электролитом пористыми сепараторами.

Литий-ионный аккумулятор. Схема работы

Литий-ионный аккумулятор. Схема работы

Это всё что нужно знать. А теперь суть вопроса.

Аккумуляторы загораются по причине … короткого замыкания между электродами. В свою очередь, КЗ происходит по причине повреждения разделителя (сепаратора) внутри аккумулятора (попадание в воду пока не будем рассматривать). Далее, следствием этого становится многократное возрастание силы тока и выделение значительного количества тепла. Когда температура достигает 80—90 °C начинают происходить химические реакции при которых выделяются газы этан, метан, этилен. Температура и давление внутри аккумулятора продолжают повышаться. Когда температура достигает 180-200 °C происходят химические реакции с выделением кислорода. В этом месте и происходит самовозгорание и , следовательно, снова резкий скачок температуры. А когда температура достигает 660 °C, плавится алюминиевый токоприёмник. Вот откуда берутся дым, огонь, пожар, но если повезёт,- то всего лишь вздутие батареи. Кто-нибудь переведите этот абзац для инженеров Самсунг, ибо “Samsung’s engineers STILL don’t know what causes the firm’s Galaxy Note 7 to overheat and explode”.

39294d5400000578-0-the_note_7_phone_catches_fire_after_pressure_is_applied_to_its_f-a-10_1476298571344

3929503000000578-0-photos_showing_the_aftermath_of_the_explosive_test_reveal_the_ch-a-11_1476298571379

В каких случаях разделитель / сепаратор аккумулятора может быть поврежден ?

  • заводской брак (например, неровная нарезка электродов; попадание металлических частиц между электродами, что ведет к повреждению сепаратора)
  • сгибание, деформация корпуса (вспомним, что смартфоны становятся всё тоньше и тоньше)
  • падение с высоты (деформация корпуса)
  • сильный нагрев корпуса (под прямыми солнечными лучами, например)
  • неправильная зарядка / разрядка (превышение максимально допустимого напряжения или тока при зарядке, глубокая разрядка)

Технология изготовления Li-ion аккумуляторов постоянно совершенствуется и обновляется ежегодно, поэтому понять, как поведут себя новые аккумуляторы не так просто.

Кстати, о Samsung. Как стало известно из западной прессы, все производители мобильных устройств испытывают и сертифицируют свои аккумуляторные батареи в сторонних независимых лабораториях, и только Самсунг имеет собственную лабу, штампующую сертификаты на батареи. Намёк ясен?

394ede9200000578-3833290-shane_matthew_neave_joked_soldiers_could_use_the_explosive_produ-a-7_1476224286771

И еще один момент. В последнее время аккумуляторные батареи высокой ёмкости стало модно заряжать быстро, подавая бОльший ток, что так же не увеличивает безопасность устройств, подробности здесь “Что такое быстрая зарядка и турбо зарядка ?”.

Маркетологи не стоят в стороне и придумали литий-полимерные аккумуляторы, пусть вас это не вводит в заблуждение, литий-полимерные аккумуляторы суть есть Li-ion вид сбоку.

И в завершение, чтобы вы имели представление о том, как именно горят Li-ion аккумы, вот парочка видео:

Чем тушить ежели что? Тушить можно водой, песком, льдом. “Extinguishing In-Flight Laptop Computer Fires — Lithium Battery Thermal Runway”.