Почему взрываются литий-ионные аккумуляторы?
Представьте себе ситуацию: едите вы спокойно на своём электрифицированном вело, самокате или гироскутере, и тут, бабах — рвануло ваше драгоценное… литий-ионное аккумуляторное устройство! А может быть подобная «катастрофа» произошла при зарядке электронакопителя? В любом случае, такое обстоятельство может обескуражить кого угодно! Почему такое возможно? Вот как раз об это мы и поговорим в теме.
Содержание:
- Почему взрываются литий-ионные батареи?
- Как происходит самовозгорание аккумуляторной батареи?
- Что делают производители, чтобы защитить свою продукцию от самовозгорания?
- Что нужно делать, чтобы избежать самовоспламенения аккумуляторной батареи?
Почему взрываются литий-ионные батареи?
Если вашу литий-ионную аккумуляторную батарею обслуживает качественная плата управления батареей (BMS) штатной зарядки, если нет давления на элементы и саму АКБ, если имеет место надлежащая изоляция и герметизация, то вероятность того, что электронакопитель преподнесёт вам далеко не праздничный фейерверк, реально минимальна либо вовсе сведена к нулю.
Канули в лету те времена, когда батареи изготавливались с преимущественным содержанием кадмия и не могли похвастать высоким уровнем безопасности. В связи с этим возникает вполне резонный вопрос: почему при максимальной безопасности современных аккумуляторов, время от времени можно услышать от кого-то страшилки, о взорвавшихся чуть ли не в их собственных руках литий-ионных батареях?
В составе подобных изделий присутствуют анод и катод, а разделяет их пористый полимерный сепаратор. Что касается материалов, то в аноде часто используют графит, а в катоде, роль активного вещества играют оксиды переходных металлов с интегрированными в структуру кристалла ионами лития. Что касается электрохимической ячейки, то она заполнена электролитом. При стартовой зарядке, которую организовывает изготовитель, на аноде сформировывается защитный слой. Этим слоем выступает разложившийся электролит, оберегающий электроды от «встречи» с электролитом не разложившимся.
Итак, причины взрывоопасности литий-ионной батареи
1. Механическое повреждение ячейки. К примеру, вы могли уронить аккумулятор либо же удар по нём был нанесён каким-либо другим образом. В результате образуются повреждения внутренней структуры аккумулятора.
2. Заводской брак. Даже когда предприятия оснащены передовыми технологиями производства, никто из пользователей не защищён на 100% от того, что в его распоряжение может попасть откровенно бракованное изделие. Вот такой случай например: имеет место недостаточно ровная нарезка электродов либо же попал металл между анодом и катодом, что повлекло за собой повреждение пористого сепаратора.
3. Ситуация, когда дендриты лития «прорастают» через сепаратор. Такое недоразумение происходит если эксплуатировать накопитель при низких температурах, а также, когда пользователь подвергает АКБ чрезмерно быстрой зарядке и разрядке. Ионы лития элементарно не будут успевать внедряться в кристалл анода. По итогу, на аноде стартует образование кристаллов, влекущее за собой повреждение сепаратора.
Самой популярной причиной взрыва Li-ion накопителя, является короткое замыкание в электрохимической ячейке.
Как происходит самовозгорание аккумуляторной батареи?
Итак, КЗ в состоялось и дальше это даёт отмашку процессу нагрева батареи. Кода температура дойдёт до показателя 70-90 градусов, ионопроводящий защитный барьер на аноде начнёт разрушаться. Далее, литий интегрированный в анод, запустит реакцию с электролитом, а итогом этого мероприятия становится образование летучих газов: этилена, метана и т. п. Чувствуете чем пахнет? Совершенно верно — перед нами практически готовая взрывная смесь, только вот нет ещё главной составляющей для качественного возгорания — кислорода.
Весь этот гремучий состав, пребывая в закрытом герметичном корпусе, начинает интенсивно бурлить, а поскольку реакции экзотермические, то неизбежно будет возрастать температура и давление. Когда дойдёт до 180-200 градусов, материал катода начнёт принимать участие в реакции, что и приведёт к образованию того самого, нужного нам для удачного взрыва ингредиента — кислорода. Вот именно в этот момент и происходит возгорание со скачкообразным увеличением температуры. Параллельно, продолжает разлагаться электролит (300 градусов) и этот процесс, тоже выделяет тепло.
На заключительном этапе данного «злодейства», с остатками электролита вступает в реакцию и графит, что приводит к ещё большему повышению температуры — это приблизительно 600 градусов. Такой накал влечёт за собой расплавление токоприёмника изготовленного из алюминия.
Наиболее опасным веществом в составе литий-ионных батарей является электролит, который разлагается на эти самые, превосходно воспламеняющиеся газы. На данный момент очень много учёных работают в этом направлении, но пока достойной альтернативы взрывоопасному электролиту не найдено.
Другие причины взрыва литий-ионной батареи
Конечно, короткое замыкание в электрохимической ячейке, является самой частой причиной самовоспламенения электронакопителя, но в то же время, есть и ряд других обстоятельств, которые также могут привести к печальным последствиям:
- перегрев аккумулятора (не учитывая причины описанные выше);
- подзарядка АКБ высокими токами;
- превышение предельно допустимого напряжения;
- очень глубокий разряд.
Что делают производители, чтобы защитить свою продукцию от самовозгорания?
Вполне логично, что разработчики в курсе дела, в отношении взрывоопасности литий-ионных электроаккумуляторов, поэтому и предусмотрели сразу несколько степеней защиты от подобных неприятностей. Чем мощнее АКБ, тем больше её защищают.
Взять к примеру сепаратор, он при точечном повышении температуры становится непроницаемым, не давая таким образом развиваться дендритам в этом участке аккумулятора. Однако если процесс движется вперёд неудержимо, то сепаратор может просто-напросто расплавиться. Есть ещё встроенные в батарею клапана и предохранители. Клапан предназначен для того, чтобы выпускать скопившиеся внутри аккумулятора газы, а вот предохранители отвечают за то, чтобы в случае чего, отключить электроды от сети. В составе Li-ion АКБ также присутствуют контроллеры, балансиры заряда, сенсоры и т. д.
Что нужно делать, чтобы избежать самовоспламенения аккумуляторной батареи?
1. Приобретайте продукцию известных и положительно зарекомендовавших себя брендов — это прежде всего, так как если попадётся дефективное дешёвое изделие, то потом вы ничего уже сделать не сможете — считайте, что сидите на «пороховой бочке».
2. Не подвергайте батарею тепловым и механическим воздействиям, не прокалывайте и не деформируйте её.
3. Не нужно разбирать электронакопитель, если не знаете как правильно это делать и особенно, если это делать вообще незачем.
4. Потёкший либо вздувшийся аккумулятор эксплуатировать нельзя: отсоедините его от потребителя соблюдая при этом осторожность, чтобы избежать короткого замыкания на контактах батареи.
5. Для зарядки Li-ion АКБ, применяйте только оригинальные зарядные приспособления.
Заключение
Итак, что мы имеем: оказывается литий-ионные аккумуляторные батареи действительно могут взрываться как бомбочки, но просто так, этого произойти не может — здесь нужны определённые условия. По этой причине, нужно приобретать исключительно качественные изделия, оснащённые всем необходимым, чтобы не допустить самовозгорания АКБ. Кроме того, литий-ионная батарея требует правильной эксплуатации и бережного отношения к себе. Придерживайтесь всего перечисленного и неприятных сюрпризов от высокоэффективного литий-ионного аккумулятора вы не дождётесь!
Почти способен синтезировать обратный захват серотонина.
