Вибух смартфонів найчастіше розцінюють як нещасний випадок, але одні і ті ж хімічні реакції, закладені в основу роботи батареї, можуть зробити їх схильними до займання. Samsung отримала свій власний гіркий досвід, ставши жертвою однієї з недавніх кампаній з відкликання дефектних пристроїв, - в нашому випадку, - її новий смартфон Galaxy Note7, через те, що його акумулятори можуть бути вибухонебезпечними.
Коли акумулятори вибухають, найчастіше це вина виробника, халатно отнёсшегося до перевірки компонентів на загоряння. Вибухають батареї можуть бути наслідком дій надмірно нетерплячих компаній в їх бажанні вичавити останні соки з наявних технологій. Оскільки наші екрани стають все більше, а смартфони з кожним разом все могутніше, вони потребують більшої кількості енергії, але багато хто з нас не бажають жертвувати часом роботи пристрою і швидкою зарядкою.
За даними Ліндена Арчера (Lynden Archer), вченого-матеріалознавців з Корнельського університету (Cornell University), ми вже досягли майже 90% максимального ресурсу батареї від теоретично можливого для літій-іонних акумуляторів, тому виробники всілякими способами намагаються розширити межі можливостей аби додати хоч трохи енергії. «Це стало чимось на зразок гонки озброєнь, коли кожен виробник смартфона бажає отримати найвищий термін автономної роботи акумулятора», - говорить він. - «Цей тренд в області виробництва все більше і більше підсилює тенденцію до надмірного навантаження на батарею, тому всі ці приклади відмов у роботі стають все більш поширеним явищем».
Samsung пояснює відгук Galaxy Note7 тим, що в деяких пристроях дві частини батареї, які ні за яких обставин не повинні були стикатися, починали контактувати один з одним. Насправді існує багато поширених способів зруйнувати літій-іонний акумулятор, і зазвичай це відбувається тому, що ми постійно вимагаємо надто багато від наших пристроїв. (Акумулятори літій-іонного типу практично повсюдно використовуються в смартфонах і різних електронних гаджетах. Інженери використовують літій, тому що він легкий і може утримувати велику кількість енергії).
Як ми вже повідомляли раніше, в Samsung підкреслили, що повідомлення про проблемні батареях складають менше 0,1% ( 24 пристрої на 1 млн ) Від загального обсягу проданих пристроїв; при цьому немає ніяких сумнівів, що глобальне відкликання - це більше, ніж просто невелика заминка для гіганта споживчої електроніки. Note7 вийшов всього кілька тижнів тому і був зустрінутий в основному позитивними відгуками .
Не менш важливим є те, що Samsung вдалося створити ажіотаж на ринку смартфонів за кілька тижнів до того, як Apple запустила свій новий довгоочікуваний iPhone. Тепер же, успішний запуск продажів Samsung був затьмарений вибухами батарей.
Щоб розуміти, що робить акумулятори безпечними, корисно знати, як вони працюють. Є два електроди або електричних провідника, розташованих на протилежних сторонах батареї. Один електрод містить позитивно заряджені іони і називається катодом. Катод наповнений літієм (якщо точніше Наноструктуровані катодних матеріалом (літій-залізо-фосфатом LiFePO4)) і саме в ньому зберігається «паливо» акумулятора. Протилежний електрод містить негативно заряджені іони і називається анодом.
Під час зарядки іони літію переміщаються від катода до анода. Коли батарея знаходиться в режимі експлуатації, частинки літію рухаються в протилежному напрямку. Простір між електродами заповнене хімічною речовиною, званим електролітом, яке проводить струм, сприяючи більш легкому переміщенню іонів між двома електродами. Не дивлячись на те, що іони повинні рухатися з боку в бік, анод і катод самі ніколи не повинні торкатися один одного, в іншому випадку вони будуть перенаправляти енергію електроліту. Щоб запобігти цьому явищу, виробники акумуляторів поміщають між ними роздільники.
Причиною інциденту з Galaxy Note7 стали неправильно підібрані роздільники, внаслідок чого обидва електроди починали торкатися один одного (виявилися закорочені). «Це найгірший варіант з усіх можливих помилок, оскільки, це, безумовно, може призвести до пожежі і навіть вибуху», - говорить Арчер. Коли електроди стикаються, вся вироблювана енергія нагнітається в акумуляторі і йде безпосередньо в електроліт замість контактів електродів.
Варто нагадати, що електроліт сам по собі не дуже стабільний і призначений для поліпшення провідності потоку іонів, що також призводить до додаткової нестабільності. При великому виділенні тепла - будь то через зіткнення двох електродів, або, наприклад, через високу температуру навколишнього середовища - це може привести до того, що електроліт вступає в реакцію з іншими хімічними речовинами і відбувається виділення газу, таким чином, вивільняється ще більшу кількість тепла. Кожен раз, коли хімічні речовини вступають в реакцію, гази виділяють все більше і більше тепла, температура починає зростати все швидше і швидше. Це створює неконтрольовану позитивний зворотний зв'язок (т.зв. «теплової розгін акумулятора»), яка може призвести до пожежі.
Саме тому багато смартфони автоматично відключаються, при високих температурах. Але існують і інші причини, через які батареї стають вибухонебезпечними. Вони також можуть виходити з ладу, коли заряджаються вище встановленого ліміту або заряд акумулятора відбувається занадто швидко.
Перезаряд акумулятора можна порівняти із заповненням відра водою. Неважливо, з якою швидкістю ви Ллється, важливіше не налити занадто багато, інакше відро буде переповнене. У разі батареї перезаряд трапляється, коли надто багато літію переходить в анод. Це не означає, що ви ризикуєте перетримати телефон, залишивши його підключеним на всю ніч - в більшості батарей передбачено автоматичне запобігання перезаряду. З більшою часткою ймовірності, це помилка виробника, яка може проявитися, коли схема, покликана запобігти дану ситуацію, несправна.
Ден Штеренгарц (Dan Steingart), професор Прінстонського університету, порівнює акумуляторну батарею з гумовою стрічкою: коли ви заряджаєте акумулятор, ви розтягує цю стрічку; коли використовуєте його - відпускаєте. Також як гумова стрічка може розірватися, якщо її занадто сильно розтягнути, занадто велика кількість енергії на одній стороні може зруйнувати батарею.
Виходячи з вищесказаного, проблема того, що сталося з Galaxy Note7 криється в завищеній швидкості. Це означає, що виробник намагався встановити занадто високий рівень заряду акумулятора для так званої «технології швидкої зарядки», яка представляє собою небезпеку для батареї. (Хоча проблеми теоретично тут бути не повинно, в арсеналі Samsung є власні технології швидкої зарядки). Якщо ж зарядний пристрій з якоїсь причини не сумісне з акумуляторною батареєю, то батарею також може замкнути. Цього можна уникнути, переконавшись, що зарядний пристрій і батарея призначені для спільної роботи (мабуть, тут варто згадати інцидент з китайською стюардесою, яка загинула від удару струмом під час зарядки iPhone несертифікованим ЗУ).
Перевищення рівня або занадто висока швидкість заряду можуть привести до проблеми під назвою «металлизация». Уявіть собі, що акумулятор - це два лотка з-під курячих яєць. Іонів літію необхідно курсувати з комірки в комірку між цими двома лотками, щоб надійно зберігатися всередині, - каже Штеренгарц. Якщо ви заряджаєте акумуляторну батарею повільно, у літію є час, щоб знайти своє місце в осередках лотка поки він переміщається туди-сюди. Але при занадто швидкому або занадто великому заряді літій почне осідати на зовнішній стороні яєчного лотка, а пізніше і на цих відкладеннях. Згодом, кожен раз, коли ви підзаряджатися свій гаджет, літій починає відкладатися ( «намивають») сам на себе і утворює голчасті структури, звані дендритами, які можуть викликати внутрішнє коротке замикання акумулятора.
Останній, досить поширений випадок виходу з ладу трапляється, коли компанії намагаються зробити більш ємкі акумулятори, накопичують більше енергії за рахунок збільшення напруги. Напруга є способом вимірювання електрорушійної сили. Уявіть, що напруга - це висота водоспаду, в той час як струм - це кількість води. Чим вище напруга, тим більше потужність акумулятора, тому виробники намагаються «накачати» його додаванням в літій таких елементів, як нікель. Але, знову ж таки, чим вище напруга, тим вище ймовірність того, що електроліти внаслідок таких дій можуть змішатися, що призведе до їхнього займання.
Деякі вчені працюють над створенням електроліту особливого типу, який не буде так легко запалюватися. «Ці електроліти, звані« іонними рідинами »вимагають набагато більше тепла, щоб почати виділяти легкозаймистий газ», - розповідає Сурья Моганті (Surya Moganty), хімік-інженер і головний співробітник з інформаційних технологій компанії Nohms Technology. «Найчастіше вони набагато безпечніше, але і тут можуть бути проблеми з часом роботи акумулятора», - говорить він.
Однак, поки ці технології недоступні, більшість з нас застрягли з літій-іонними батареями. «Сам факт того, що ці роботи є« чудом інженерної думки », - каже Штеренгарц, - не вирішить проблему нестабільності пристрою. Все, що може вмістити в себе так багато енергії, і при цьому ви потенційно можете отримати всю енергію за пару хвилин, слід розглядати як потенційну бомбу незалежно від того, з чого вона зроблена », - додає він.
Акумуляторні технології постійно розвиваються, але не настільки стрімкими темпами як наше бажання отримати більш швидку підзарядку і більш тривалий термін служби батареї в одному флаконі - а це вже проблема, яка повинна лягти на плечі виробників, зобов'язаних пам'ятати про це і захищати нас від наших же нестримних бажань.
за матеріалами The Verge