A Li-ion akkumulátorok súlyos problémája a robbanásveszély kritikus helyzetekben. Ebben a tekintetben érdekes megérteni, hogy ez miért történik, és milyen hatásokkal jár. Fontos megérteni azt is, hogy mit kell tenni az ilyen akkumulátorral felszerelt eszköz tűzveszélyének csökkentése érdekében (az alábbi fotó).
A probléma lényege
Könnyebb megérteni, miért történt tűz, ha ismert az akkumulátor kialakítása. Először is, a Li-ion akkumulátorok anódot és katódot tartalmaznak, porózus elválasztó terasszal. Katódként általában az átmeneti csoportba tartozó fémeket használják beágyazott lítiumionokkal. Az anód funkcióját grafit végzi.
Az ebbe az osztályba tartozó elemek elektrolitjai oldatban lévő lítiumsók alapján készülnek. Amikor az akkumulátort először töltik fel a gyártás során, egy szabad ionréteg (SEI) képződik az anódon. Az általuk képviselt kémiai gát megvédi az akkumulátor elektródáit az elektrolittal való veszélyes érintkezéstől.
A legtöbb ismert helyzetben spontán égés történik az akkumulátor cellájában bekövetkező véletlen rövidzárlat miatt.
Megjelenésének oka a következő lehet:
- Mechanikus deformáció lehetséges a telefon padlóra dobása vagy egy kemény felület ütése után.
- Gyártási hibák.
- A dendritek növekedése.
Ez utóbbi jelenség gyors kisülési vagy töltési folyamatokkal jár, amelyek miatt a lítiumionoknak egyszerűen nincs idejük beilleszkedni a grafitanód kristályaiba. Ennek eredményeként olyan méretűvé nőnek, amely a szeparátor meghibásodásához vezet.
A spontán égés jellemzői
Az akkumulátor belsejében kialakuló rövidzárlat az alkatrészek felmelegedéséhez vezet, és 70-90 fok elérése után az iongátló megsemmisül az anód régióban. Emiatt a belé integrált lítium érintkezésbe lép az elektrolittal, ami gázok felszabadulását okozza a szénhidrogének csoportjából (metán és hasonlók). Robbanásveszélyes keverék jelenlétében a gyújtáshoz szükséges fő komponens - oxigén - marad.
A kapott keverék forrni kezd egy szorosan zárt ház belsejében, ami óhatatlanul a hőmérséklet és a nyomás ugrásához vezet. Amikor a készítmény eléri a kritikus állapotot (plusz 180-200 fok), a katódrészecskék bőséges oxigénfejlődéssel támogatják a reakciót. Ekkor következik be egy robbanás, amelyet hirtelen hőmérséklet-emelkedés (akár 300-600 fok) és bőséges hőelvezetés kísér.
Hogyan lehet megvédeni magát egy robbanásszerű folyamattól
Az akkumulátorgyártók az elvnek megfelelően több szintű védelmet nyújtanak a kellemetlen hatások ellen: minél erősebb a modell, annál nagyobbak ezek a szintek. Egyikük tartalmaz egy elválasztót, amely áthidalhatatlan akadályt jelent a dendritek fejlődése előtt az akkumulátor szakaszban, éles hőmérsékleti ugrás mellett. De ha lavinaszerű folyamat következik be, akkor az elválasztónak nincs ideje "dolgozni"; azonnal elolvad.
Speciális szelepekkel és biztosítékokkal rendelkeznek az elemek védelme érdekében. A felhasználó elkerülheti a leírt kellemetlen hatásokat, ha gondosan kezeli a készülékét (ne ejtse le és ne töltse fel megfelelően).