Vážnym problémom pri lítium-iónových batériách je nebezpečenstvo výbuchu v kritických situáciách. V tejto súvislosti je zaujímavé pochopiť, prečo sa to stane a aké účinky sprevádza. Je tiež dôležité pochopiť, čo je potrebné urobiť na zníženie rizika požiaru pre zariadenie vybavené takouto batériou (foto nižšie).
Podstata problému
Bude ľahšie pochopiť, prečo k požiaru došlo, ak je známa konštrukcia batérie. Začnime tým, že lítium-iónové batérie obsahujú anódu a katódu s poréznou prepážkou separátora. Ako katóda sa zvyčajne používajú kovy z prechodnej skupiny so zabudovanými lítiovými iónmi. Funkciu anódy vykonáva grafit.
Elektrolyty pre batérie tejto triedy sa vyrábajú na báze solí lítia v roztoku. Keď sa batéria počas výroby prvýkrát nabije, na anóde sa vytvorí vrstva voľných iónov (SEI). Chemická bariéra, ktorú tvoria, chráni elektródy batérie pred nebezpečným kontaktom s elektrolytom.
Vo väčšine známych situácií dochádza k samovznieteniu v dôsledku náhodného skratu v článku batérie.
Dôvod jeho vzhľadu môže byť:
- Mechanická deformácia je možná po páde telefónu na podlahu alebo po náraze na tvrdý povrch.
- Výrobné chyby.
- Rast dendritov.
Posledný uvedený jav je spojený s procesmi rýchleho vybíjania alebo nabíjania, kvôli ktorým lítiové ióny jednoducho nemajú čas na integráciu do kryštálov grafitovej anódy. Vďaka tomu dorastú do veľkosti, ktorá vedie k poruche separátora.
Vlastnosti samovznietenia
Skrat vo vnútri batérie vedie k zahriatiu jej komponentov a po dosiahnutí 70 - 90 stupňov sa iónová bariéra v anódovej oblasti zničí. Z tohto dôvodu začína integrované lítium prichádzať do kontaktu s elektrolytom, čo spôsobuje uvoľňovanie plynov zo skupiny uhľovodíkov (metán a podobne). V prítomnosti výbušnej zmesi zostáva s hlavnou zložkou potrebnou na vznietenie - kyslík.
Výsledná zmes začne vrieť vo vnútri tesne uzavretého krytu, čo nevyhnutne vedie k skoku teploty a tlaku v ňom. Keď kompozícia dosiahne kritický stav (plus 180 - 200 stupňov), častice katódy začnú podporovať reakciu s hojným vývojom kyslíka. Práve vtedy došlo k výbuchu sprevádzanému náhlym zvýšením teploty (až o 300 - 600 stupňov) a výdatným uvoľňovaním tepla.
Ako sa chrániť pred výbušným procesom
Výrobcovia batérií poskytujú niekoľko úrovní ochrany pred nepríjemnými účinkami podľa princípu: čím silnejší je model, tým viac sú tieto úrovne. Jeden z nich obsahuje separátor, ktorý vytvára neprekonateľnú bariéru proti tvorbe dendritov v batériovej časti pri prudkom teplotnom skoku. Ale ak dôjde k lavínovému procesu, potom separátor nemá čas na „prácu“; okamžite sa topí.
Majú tiež špeciálne ventily a poistky na ochranu batérií. Používateľ bude schopný vyhnúť sa opísaným nepríjemným účinkom, ak bude so svojím prístrojom zaobchádzať opatrne (nehádžte ho a nenabíjajte ho správne).