Tại sao pin phát nổ

Người dùng điện thoại thông minh và máy tính bảng tất nhiên nhận thức được nguy cơ nổ của pin lithium trong các thiết bị của họ. Và những ví dụ nổi bật không cần phải đi xa. Gần đây, chẳng hạn, Samsung đã phải đối mặt với một vấn đề đau đớn cá nhân và buộc phải thu hồi loạt sản phẩm đầu tiên của Note 7 mới, vì pin phát nổ ngay trong quá trình sạc. Bằng cách này hay cách khác, vấn đề vẫn giữ nguyên từ khi bắt đầu xuất hiện điện thoại di động, ngay cả trong năm 2016, ICAO đã cấm các lô hàng thương mại trong các khoang hàng hóa của vận tải dân sự pin lithium.

Bản chất của vấn đề với pin lithium

Thực tế là trong quá trình sạc pin lithium trong thiết bị di động, sử dụng vi điều khiển tích hợp trong pin, một thuật toán khá phức tạp để thực hiện quy trình này được thực hiện để nhiệt độ pin không vượt quá phạm vi nhiệt độ chấp nhận được. Bộ điều khiển giám sát cho mục đích này nhiều thông số của pin trong quá trình sạc.

Ngoài quy trình sạc, việc lưu trữ pin cũng đòi hỏi phải tuân thủ các quy tắc nhất định, đặc biệt là về nhiệt độ: bạn không thể quá nóng cũng như không làm lạnh pin.

Vấn đề chính khiến pin phát nổ là đun nóng quá mức chất điện phân do vượt quá nhiệt độ cho phép hoặc do ngắn mạch bên trong pin. Phản ứng dây chuyền dễ dàng được bắt đầu bên trong tế bào quá nóng, bởi vì lithium kim loại kiềm rất dễ bị đốt cháy, do đó pin bị phồng lên và trong trường hợp xấu nhất, phát nổ.

Và ngay cả khi có sự hiện diện của bộ điều khiển có sự chú ý của người dùng, một lỗi vô tình của nhà máy (không đủ độ dày của chất cách điện giữa các tế bào) có thể xảy ra và dẫn đến hậu quả đáng buồn.

Tất nhiên, sốc, đổ vỡ, thủng, quá nóng dưới ánh mặt trời là nguy hiểm. Ngay cả khi pin bị rơi và va chạm nhẹ, sự cố của chất cách điện có thể xảy ra bên trong và trong tương lai điều này có thể dẫn đến một sự cố bất ngờ, thậm chí không quá nóng.

Lý do nổ cho pin lithium

Cực dương và cực âm của pin lithium-ion được phân tách bằng một bộ tách polymer xốp. Cực âm có một vật liệu hoạt động trên đó, trong đó oxit của các kim loại chuyển tiếp thường được sử dụng, trong đó các ion lithium được nhúng. Cực dương thường là than chì. Một dung dịch hữu cơ của muối lithium được sử dụng làm chất điện phân.

Trong lần sạc đầu tiên tại nhà máy, lithium được tích hợp vào cực dương và một lớp các chất điện phân bị phân hủy trên các điện cực, giờ đây đóng vai trò bảo vệ chống lại các phản ứng không cần thiết, trong khi vẫn dẫn ion.

Như đã lưu ý ở trên, đoản mạch bên trong là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiện tượng tự bốc cháy pin. Nguyên nhân gây ra ngắn mạch có thể là hư hỏng vật lý hoặc khuyết tật của nhà máy, chẳng hạn như cắt điện cực không đồng đều hoặc sự xâm nhập của các hạt kim loại giữa cực âm và cực dương, vi phạm tính toàn vẹn của lớp phân tách.

Một lý do khác cho việc đóng cửa là sự tăng trưởng của các chuỗi kim loại lithium thông qua thiết bị phân tách (nếu các ion lithium tại nhà máy không có đủ thời gian để tích hợp hoàn toàn vào tinh thể anode do sạc quá nhanh hoặc do quá tải, hoặc nếu công suất của vật liệu hoạt động catốt lớn hơn công suất của cực dương. trên cực dương, sau đó tăng chậm nhưng không ngừng phát triển).

Vì vậy, nếu xảy ra ngắn mạch, thì nhiệt độ pin bắt đầu tăng và khi đạt tới 70-90 ° C, sự phân hủy của lớp dẫn ion bảo vệ của cực dương bắt đầu. Anode lithium phản ứng với chất điện phân, trong khi các hydrocacbon dễ cháy như ethylene, methane, ethane, v.v ... được giải phóng.Nhưng nó đã quá sớm trước đám cháy, vì không đủ oxy.

Trong khi đó, phản ứng tỏa nhiệt được bật và nhiệt độ tăng, áp suất bên trong vỏ pin tăng lên. Ở 180-200 ° C, phản ứng không cân xứng bắt đầu ở cực âm, nơi oxy được giải phóng. Đánh lửa xảy ra, nhiệt độ tăng mạnh và chất điện phân bị phân hủy nhiệt, nhiệt độ đã là 200-300 ° C.

Cuối cùng, đến lượt than chì và khi nhiệt độ đạt 660 ° C, nhôm của bộ thu hiện tại bắt đầu tan chảy. Nhiệt độ tối đa trong toàn bộ quá trình này thường không có thời gian vượt quá 900 ° C, vì mọi thứ nhanh chóng kết thúc với sự phân hủy hoàn toàn các thành phần bên trong của pin.

Đã có thành công trong việc tìm ra giải pháp cho vấn đề

Để giải quyết vấn đề, các nhà sản xuất điện thoại thông minh có thể thắt chặt quy định, tạo thêm cầu chì trong thiết bị và trong pin, điều khiển phức tạp, nhưng điều này sẽ làm tăng chi phí pin và tất cả các sản phẩm đi kèm pin. Các công ty cạnh tranh với nhau, và đơn giản là về mặt kinh tế không thể làm được.

Trong khi đó, các nhà vật lý từ Stanford đang đấu tranh cho sự an toàn của pin lithium, người đã trở lại vào mùa hè năm 2015 đã phát triển một cơ chế bảo vệ đặc biệt được tích hợp vào pin đã ở giai đoạn sản xuất.

Trên thực tế, chúng ta đang nói về một loại pin lithium mới, sẽ tự động tắt khi bên trong chúng đạt đến nhiệt độ nguy hiểm tiềm tàng (ngăn quá trình dẫn đến hỏa hoạn tiếp theo) và sau một thời gian, sau khi làm mát, chúng sẽ tự động bật lại.

Các tác giả của sự phát triển tuyên bố rằng đây là pin lithium đầu tiên có thể liên tục tắt và khôi phục mà không làm mất tính chất và hiệu suất của nó.

Sự phát triển đã được thực hiện trong vài năm bởi một nhóm gồm nhiều người (bao gồm Zhenan Bao), do đó, pin không có hai nhược điểm chính - giảm mạnh pin sau vài chu kỳ sạc lại và quan trọng hơn là xu hướng cháy và nổ do quá nóng ( phản ứng dây chuyền tự động dừng lại).

Quyết định đến với các nhà khoa học từ một lĩnh vực vật lý hoàn toàn khác. Họ chế tạo nhiệt kế bằng cách sử dụng các hạt nano niken được nhúng trong một tấm mỏng graphene và nhựa. Đây là những nhiệt kế bất thường. Ở phần còn lại, các hạt niken tiếp xúc với nhau, nghĩa là đã thu được một dây dẫn tốt. Nhưng khi tấm được nung nóng, nhựa bắt đầu giãn ra một chút, dẫn đến sự suy yếu của sự tiếp xúc giữa các hạt niken dẫn điện, và điện trở của toàn bộ dây dẫn tăng lên.

Đặc tính này được các nhà nghiên cứu từ Stanford sử dụng để bảo vệ pin lithium tự động ngay lập tức và phục hồi hoàn toàn tự động tiếp xúc sau khi làm mát. Họ dán một tấm nhựa như vậy vào một trong các điện cực của pin để nó mất độ dẫn khi nhiệt độ tăng. Và khi nhiệt độ đạt tới 70 ° C

Nhưng bất chấp giải pháp, các nhà sản xuất thiết bị di động vẫn không dám thay đổi mạnh mẽ công nghệ sản xuất pin đã được phát triển trong nhiều năm qua. Do đó, người dùng tiện ích sẽ phải đối mặt với mối nguy hiểm tiềm tàng của pin lithium trong một thời gian và cố gắng không làm rơi hoặc quá nóng thiết bị di động của họ và đặc biệt là pin. Có lẽ trong tương lai gần vấn đề sẽ được giải quyết hoàn toàn.

Xem thêm: Sử dụng pin lithium-ion đúng cách

Comments

[#1 Rumani]

"Làm nóng quá mức chất điện phân do vượt quá nhiệt độ cho phép" - tuftalogichny tuftalogika tuftalogii.