Een serieus probleem met Li-ion-accu's is het explosiegevaar in kritieke situaties. In dit opzicht is het interessant om te begrijpen waarom dit gebeurt en welke effecten daarmee gepaard gaan. Het is ook belangrijk om te begrijpen wat er moet gebeuren om het risico op brand te verminderen voor een apparaat dat is uitgerust met een dergelijke batterij (foto hieronder).
De essentie van het probleem
Het is gemakkelijker te begrijpen waarom er brand is ontstaan als het batterijontwerp bekend is. Laten we beginnen met het feit dat Li-ion-batterijen een anode en een kathode bevatten met een poreus scheidingsschot. Als kathode worden meestal metalen uit de overgangsgroep met ingebedde lithiumionen gebruikt. De functie van de anode wordt uitgevoerd door grafiet.
Elektrolyten voor batterijen van deze klasse worden gemaakt op basis van lithiumzouten in oplossing. Wanneer een batterij tijdens de productie voor het eerst wordt opgeladen, vormt zich een vrije ionenlaag (SEI) op de anode. De chemische barrière die ze vormen, beschermt de batterij-elektroden tegen gevaarlijk contact met elektrolyt.
In de meeste van de bekende situaties treedt zelfontbranding op door een onbedoelde kortsluiting in de batterijcel.
De reden voor zijn uiterlijk kan zijn:
- Mechanische vervorming mogelijk nadat de telefoon op de grond is gevallen of een hard oppervlak is geraakt.
- Fabricagefouten.
- Groei van dendrieten.
Dit laatste fenomeen wordt geassocieerd met snelle ontlaad- of oplaadprocessen, waardoor lithiumionen eenvoudigweg geen tijd hebben om zich te integreren in de kristallen van de grafietanode. Als gevolg hiervan groeien ze tot een grootte die leidt tot het falen van de scheider.
Kenmerken van zelfontbranding
Een kortsluiting in de batterij leidt tot verhitting van de componenten en bij het bereiken van 70-90 graden wordt de ionenbarrière vernietigd in het anodegebied. Hierdoor komt het geïntegreerde lithium in contact met de elektrolyt, waardoor gassen vrijkomen uit de groep koolwaterstoffen (methaan en dergelijke). In aanwezigheid van een explosief mengsel, blijft het bij het hoofdbestanddeel dat nodig is voor ontsteking - zuurstof.
Het resulterende mengsel begint te koken in een goed gesloten behuizing, wat onvermijdelijk leidt tot een sprong in temperatuur en druk erin. Wanneer de samenstelling een kritieke toestand bereikt (plus 180-200 graden), beginnen de kathodedeeltjes de reactie te ondersteunen met een overvloedige zuurstofontwikkeling. Op dat moment vindt er een explosie plaats, die gepaard gaat met een plotselinge temperatuurstijging (tot 300-600 graden) en overvloedige warmteafgifte.
Hoe u uzelf kunt beschermen tegen een explosief proces
Batterijfabrikanten bieden verschillende beschermingsniveaus tegen onaangename effecten volgens het principe: hoe krachtiger het model, hoe meer deze niveaus zijn. Een daarvan bevat een scheider, die een onoverkomelijke barrière vormt voor het ontwikkelen van dendrieten in het batterijgedeelte bij een sterke temperatuursprong. Maar als zich een lawine-achtig proces voordoet, heeft de scheider geen tijd om te "werken"; het smelt onmiddellijk.
Ze hebben ook speciale kleppen en zekeringen om de batterijen te beschermen. De gebruiker zal de beschreven onaangename effecten kunnen vermijden als hij voorzichtig met zijn apparaat omgaat (laat het niet vallen en laad het correct op).