Аккумуляторы являются одними из главных составляющих современных электронных гаджетов. За последние годы инженеры добились значительного увеличения их ёмкости при неизменном или даже меньшем размере. Это было достигнуто благодаря применению сложных технологий, которые обеспечивают самую высокую плотность заряда батарей. Однако сейчас, похоже, производители упёрлись в барьер, пересекать который может быть опасно.
В настоящее время в большинстве электронных гаджетов используются литий-ионные аккумуляторы. Они состоят из электродов, размещённых в герметичном корпусе с клеммами-токосъёмниками. Переносчиком заряда здесь является положительно заряженный ион лития, что отображено в названии батареи.
Характеристики и эксплуатационные качества литий-ионных аккумуляторов в значительной мере зависят от химического состава используемых материалов. Первоначально в качестве отрицательных пластин применялся металлический литий, затем стал использоваться каменноугольный кокс. Сейчас чаще всего применяется графит.
Кроме чисто «химической» начинки в батарее есть и электронные компоненты. В её корпус встраивают контроллер заряда, который защищает аккумулятор от превышения напряжения при зарядке. Этот же компонент способен отслеживать температуру аккумулятора, чтобы отключить его при перегреве.
Самым опасным элементом в конструкции аккумулятора является электролит, который чрезвычайно химически активен. Если в конструкции батареи есть ошибки или технологический брак, то корпус батареи может не выдержать. Тогда горячий электролит попадёт наружу, что, в свою очередь, приведёт к воспламенению гаджета. Давайте разберём основные причины, почему это может произойти.
Совсем недавно это была одна из наиболее распространённых причин, из-за которой батареи выходили из строя. Из-за поломки контроллера ток продолжает идти даже тогда, когда аккумулятор уже заряжен. Происходит нагрев батареи с последующим её возгоранием.
Стоит заметить, что перегрев и возгорание батареи в результате «теплового пробоя» могут произойти очень быстро, буквально за несколько минут. К счастью, системы контроля состояния батареи становятся всё более совершенными. Если вы будете избегать откровенно дешёвых изделий, то этот вид повреждений вам практически не грозит.
Современные гаджеты становятся всё более тонкими и лёгкими, поэтому в некоторых батареях используются специальные облегчённые конструкции, которые, к сожалению, не всегда могут обеспечить достаточную прочность. Если в аккумуляторе произойдёт повреждение перегородки между электродами, то возникнет короткое замыкание, которое приведёт к мгновенному нагреву и воспламенению батареи.
Тонкая внешняя оболочка батареи тоже может быть причиной неприятностей. Дело в том, что при заряде аккумулятора в нём может возникать довольно большое давление. Если производитель в погоне за снижением веса пренебрёг правилами безопасности, то такая батарея тоже может рано или поздно взорваться.
Никто, разумеется, не сможет на сто процентов дать гарантию, что вам не попадётся бракованный или плохо сконструированный аккумулятор. Однако выполнение приведённых ниже правил может в значительной мере снизить риск воспламенения или взрыва батареи в вашем смартфоне.
А у вас когда-нибудь загорался или закорачивал аккумулятор? Может быть, даже взрывался? Расскажите об этом в комментариях.
Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи являются достаточно безопасным источником питания. Но с одной оговоркой. Если их правильно эксплуатировать и соблюдать правила техники безопасности. Если подходить к обслуживанию АКБ халатно, то аккумулятор может и взорваться. Многие скажут, что этого не может быть. Ещё как может. Но при определённом стечении обстоятельств аккумулятор в автомобиле взрывается. Поскольку внутри аккумулятора залит раствор кислоты, такой взрыв может нанести вред здоровью окружающих. Давайте, поговорим о том, как не допустить взрыва аккумулятора автомобиля.
Чтобы понять причины взрыва автомобильного аккумулятора, нужно вкратце рассмотреть, что происходит у него внутри.
Напряжение на выводах заряженной батареи равно 12,7─12,9 В. Если аккумулятор испытал глубокий разряд, то напряжение на токовыводах может опуститься меньше шести вольт. Принцип действия батарей свинцово-кислотного типа основано на протекании электрохимических реакций в электролите (это водный раствор серной кислоты). При подключении к выводам АКБ внешней нагрузки начинается реакция взаимодействия оксида свинца с электролитом. В ходе её протекания идёт образование PbSO 4 из металлического свинца.
При этом на положительных электродах идёт восстановления оксида свинца (PbO 2), а на отрицательных окисляется Pb. При заряде аккумулятора процесс идёт в обратном направлении. Когда заканчивается сульфат свинца, начинается электролиз воды, при котором на катоде выделяется водород, а на аноде кислород. Именно эти газы при неаккуратной эксплуатации могут привести к взрыву аккумулятора автомобиля.
Реакции, которые проходят на электродах аккумулятора, представлены ниже. При разряде процесс идёт слева направо. При заряде батареи реакция идёт в обратном направлении.
Анод (плюс):
PbO 2 + SO 4 2− + 4H + + 2e − -> PbSO 4 + 2H 2 O
Катод (минус):
Pb + SO 4 2− − 2e − -> PbSO 4
Как понятно из сказанного выше, взрыв автомобильного аккумулятора происходит в результате воспламенения смеси водорода и кислорода. Но взрыв не происходит вдруг и на ровном месте. Для этого должны быть выполнены некоторые условия. Их нужно понять, чтобы ваш аккумулятор при эксплуатации не взорвался.
Электролиз воды в аккумуляторе при движении автомобиля идёт постоянно. Редко в бортовой сети авто держится идеальное напряжение. К тому же генератор при различных оборотах коленчатого вала вырабатывает разное напряжение. Если оно превышает 14,1 вольта, то начинается довольно активный процесс электролиза воды. Пузырьки кислорода и водорода поднимаются на поверхность и создаётся впечатление, что электролит кипит. О том, из-за чего этого явления вы сможете узнать в статье по ссылке. В штатном режиме ничего страшного в этом газообразовании нет.
Водород и кислород выходят из электролита и накапливаются под крышкой. Производители современных аккумуляторов предусматривают в крышке корпуса АКБ систему газоотведения. Через неё газы выходят из аккумулятора и рассеиваются. Такая эксплуатация взрывом не грозит. Чтобы гремучая смесь без проблем выходила наружу, выходные отверстия должны быть чистыми и не забитыми пылью.
На мощность взрыва аккумулятор влияет именно объем накопленной смеси водорода и кислорода. Поэтому важно обеспечить нормальное газоотведение и стабильную работу генератора с регулятором напряжения. Ведь если напряжения заряда АКБ от генератора будет постоянно завышаться, то газы будут образовываться и выделяться более интенсивно. Следовательно, неисправное оборудование в электросети автомобиля является фактором дополнительно увеличивающим риск возникновения взрыва АКБ.
Ещё один момент – это уровень электролита в банках. Если он сильно снижен, то увеличивается объем свободного пространства, где накапливается газ. Если запустить контроль за уровнем электролита и не доливать дистиллированную, это также повышает риск взрыва. Точнее, увеличивает его мощность, если газовая смесь взорвётся.
Дополнительный фактор риска – это . Владельцы авто часто делают их для того, чтобы утеплить АКБ и предохранить от грязи. Это дело полезное, но нельзя допускать, чтобы чехол закрывал выводы на корпусе для удаления газа. В противном случае газ будет накапливаться.
Причиной взрыва смеси газов может стать искра от электрических контактов, зажигалки, спичек, сигареты и т. п. Искра также может возникать между клеммами и выводами аккумуляторной батареи при плохом контакте. Искру может провоцировать ненадёжное соединение, окисление, загрязнение. Ведь все это нарушает контакт и вызывает искрение и, как следствие взрыв.
Как видите, обычная небрежность в обслуживании аккумуляторной батареи может вызвать её взрыв. Или, по крайней мере, усугубляет его последствия.
Как взрываются телефоны July 20th, 2014
В результате падения аккумулятор телефона разрядился и владелица включила его на подзарядку, однако батарейка упорно не хотела заряжаться. После выключения зарядного устройства аккумулятор телефона вдруг стал нагреваться и распухать, а после этого аппарат взорвался. В результате взрыва женщина не пострадала.
В июле прошлого года Киммо Пиилола (Kimmo Piilola) заменил аккумулятор своего телефона марки Samsung. Сделал он это в авторизованном сервисном центре производителя, в городе Порвоо. В тот же вечер его новый аккумулятор взорвался – причем настолько сильно, что обгорел деревянный пол, на который упал телефон. «Комната заполнилась дымом за несколько минут», — говорит Киммо Пиилола.
Вот так бывает. Так почему же взрываются телефоны?
Современное общество в подавляющем большинстве случаев зависит от потребляемой мощности, в том числе и от вариантов, когда энергия расходуется «на лету». Аккумуляторные батареи на основе литий-ионной технологии были большой частью мобильной революции, и они все больше и чаще появляются в автомобилях и даже самолетах. Таким образом, это означает, что современные источники питания абсолютно безопасны, не так ли? На самом деле Boeing 787 доказывает, что литий-ионные батареи по-прежнему могут взрываться от случая к случаю, так же как и инциденты когда телефонные аккумуляторы загораются прямо в руках у пользователей. Почему же эта важная проблема до сих пор не решена?
Технология производства батарей была проверена и обкатана годами, однако никаких невероятных прорывов в технологии с тех пор не происходило. Вместо этого, мы видим те же аккумуляторы, которые имеют различные размеры и формы, при этом производитель старается сделать как можно меньший размер, при увеличенной емкости. С одной стороны, такой подход делает батареи наиболее производительными, хотя с другой стороны, именно этот подход увеличивает риск выхода аккумулятора из строя, когда что-то идет не так.
Стандартные условия использования аккумуляторов: температура окружающей среды до 60 градусов Цельсия, без каких-либо дополнительных термо- и/или механических воздействий. Эти идеальные условия обеспечат максимальный срок службы аккумулятора и оградят вас от неприятных сюрпризов.
В то же время, батарея не должна находиться в сжатом пространстве, возле источников огня или высокой температуры, в процессе использования, батарея не должна подвергаться физической деформации, прокалываться, или даже просверливаться. Потому что, даже один из этих моментов, может спровоцировать взрыв аккумулятора.
Если аккумулятор сильно нагревается — электролит может загореться. Есть много видео и фотографий в интернете, которые показывают насколько это серьезно.
Батарея обычно загорается из-за короткого замыкания внутри. Есть разделитель, который отделяет положительный и отрицательный электроды. Если в этом слое происходит разрыв и электроды соприкасаются, батарея очень быстро будет нагреваться. Возможно вы испытывали такой эффект когда у вас в кармане была 9 вольтовая батарея с монетками. Монетка соединяет контакты и батарея сильно нагревается.
Li-ion батареи очень энергоемкие и из-за проблем в сепараторе они очень сильно нагреваются. Это приводит к возгоранию электролита. Как только одна из ячеек горит, остальные с легкостью вспыхивают.
Если технология производства была нарушена, или появился брак, батарея легко может перегреться, в результате чего её внутренние ячейки разрушаются по цепной реакции. Такой процесс называется «тепловым убеганием», и именно он является причиной большинства «взрывов» аккумуляторов, или, что менее опасно, резкого «вспухания» батареи. Дефект может быть вызван простым коротким замыканием, или изъяном в конструкции, что в итоге неправильно изолирует отдельные ячейки от нагревания соседних.
Любой Литий-ионный аккумулятор имеет потенциал возгорания, это является результатом его химического состава. Литий используется в аккумуляторных батареях в качестве анода, поскольку он имеет чрезвычайно высокий электрохимический потенциал. Другими словами, литий-ионный переход к электроду производит очень много энергии. Низкий атомный вес лития также является полезным фактором в снижении массы батареи.
В то время как литий является наиболее эффективным для производства батарей высокой емкости, эти же самые свойства придают ему высокую реакционную способность и высокую склонность к проявлению эффекта «теплового убегания». Литий является щелочным металлом, наряду с натрием, калием, и остальной частью первой группы периодической таблицы. Данные элементы не только легко воспламеняются, но так же являются настолько реактивными, что добавление нескольких граммов вещества в емкость с водой, может привести к взрыву. Поэтому, когда Литий-ионный аккумулятор начинает перегреваться, присутствующий в нем литий может ускорить распад других ячеек.
Если Вас когда-либо интересовал вопрос о том, может ли взорваться аккумулятор автомобиля, то Вы наверняка слышали и о причинах таких взрывов аккумуляторов. Если Вы немного углубитесь в этот вопрос, то обнаружите, что существует немало странных мифов и слухов об автомобильной технике. Одни из них - неподтверждённые практикой или наукой, а другие имеют место перевоплотиться из мифа в правду. Вероятность взрыва аккумулятора относится как раз к последним.
Да, аккумулятор может взорваться при определённых условиях и при неправильном обращении. Аккумулятор может взорваться при зарядке или прикуривании его от другой машины . Именно неправильное подключение проводов может стать причиной такого взрыва. А вот хорошая новость заключается в том, что если Вы уделите время, чтобы понять, почему автомобильный аккумулятор может взорваться, и примете несколько основных мер предосторожности, то Вы полностью исключите возможность этого, и такая опасность просто не должна будет Вас беспокоить.
Есть несколько общих правил для всех моделей авто, которые могут помочь Вам безопасно подключить соединительные кабели, но есть также целый ряд особых случаев, для которых эти правила не работают и представляют опасность. Поэтому, прежде чем "прикурить" или зарядить свой автомобиль с севшим аккумулятором, первое, что Вам нужно сделать - это проверить в руководстве пользователя, что Ваш автомобиль не имеет другие точки подключения проводов для зарядки или "прикурки". Так, подозрение должен вызвать тот факт, что аккумулятор Вашей машины находится не под капотом, а в каких-либо нестандартных местах, таких как над колёсами или в багажнике. В этом случае есть вероятность, что Вам следует использовать специальный блок перехода или какой-либо другой вид удалённого подключения внешнего заряда.
Вне зависимости от моделей транспортных средств, о которых идёт речь, основная идея безопасного подключения соединительных кабелей заключается в подключении электрической системы автомобиля-донора, который имеет хороший аккумулятор, к электрической системе автомобиля с мёртвой батареей. Положительный кабель должен быть подключен к положительной клемме аккумулятора, а отрицательный должен быть подключен к магистрали с отрицательным зарядом. Подключение в обратном направлении может привести к повреждению обоих автомобилей и создать потенциально опасную искру, но об этом позже.
В большинстве случаев, самая безопасная процедура для безопасного подключения соединительных кабелей заключается в следующем:
Подключение зарядного устройства производится во многом таким же образом, за исключением того, вместо аккумулятора-донора Вы используете зарядное устройство. Положительный кабель зарядного устройства должен быть подключен к плюсовой (+) клемме аккумулятора, после чего отрицательный провод зарядного устройства должен быть подключен к голому металлу на двигателе или раме транспортного средства.
Конечно, технически отрицательный провод возможно подключить непосредственно к отрицательной клемме аккумулятора, и это может быть даже проще в некоторых случаях. Так почему бы ещё более не упростить процесс заряда или "прикурки"?! А потому, что мы не хотим, чтобы наш аккумулятор взорвался.
Автомобильные аккумуляторы называются "свинцово-кислотные" , потому что они используют пластины из свинца, погруженные в серную кислоту для хранения и выпуска электрической энергии. Эта технология используется примерно с 18 века, и она не очень эффективна с точки зрения соотношения энергии на единицу массы аккумулятора. Тем не менее, современные аккумуляторы имеют отличное соотношение мощности к весу, что по сути просто означает, что они хорошо обеспечивают высокие уровни напряжения, которые требуются для стартера - самого прожорливого потребителя электроэнергии в авто.
Недостатком свинцово-кислотных батарей, кроме того факта, что они не самый эффективный способ хранения энергии, является то, что они состоят из довольно опасных материалов, и эти опасные материалы могут взаимодействовать в опасных путях. Присутствие свинца является основной причиной того, что автомобильные аккумуляторы должны быть надлежащим образом утилизированы, а присутствие серной кислоты является причиной, почему Вы должны проявлять осторожность при обращении с ними, если вы не хотите получить дырки в одежде или химические ожоги на коже.
Но давайте вернёмся к опасности, которой мы озабочены в этой статье - почему и как именно взрываются аккумуляторы? Источник возможного взрыва вытекает из взаимодействия свинца и серной кислоты в аккумуляторе. Дело в том, что во время процесса разряда и заряда аккумулятора образуются небольшие количества газообразного водорода, а он очень легко воспламеняется (при идеальной концентрации водорода и кислорода смесь может взорваться даже от небольшой встряски).
Но ещё бóльшая концентрация водорода выделяется при перезарядке (излишнем заряде) аккумулятора - когда батарея выдаёт напряжение больше положенного.
Есть два основных источника взрыва, о которых Вы должны побеспокоиться, и они оба могут быть нейтрализованы при тщательной практике технического обслуживания. Первый источник взрыва (воспламенения) - это искра, которая создаётся при подключении или отключении (касании) конца кабеля для зарядки аккумулятора. Вот почему так важно, чтобы подключиться именно к голому металлу на двигателе или раме вместо того, чтобы тыкаться кабелем в отрицательную клемму аккумулятора. Если Вы подключите отрицательный кабель к самой клемме аккумулятора, выделившийся водород может быть взорван последовавшей искрой. Это также объясняет причину, почему это хорошая идея, чтобы соединять провода при выключенном зажигании и отключенном зарядном устройстве.
Другая причина того, что аккумулятор может взорваться, включает в себя тот же водород, но источник зажигания находится уже внутри аккумулятора. Дело в том, что если аккумулятор работает не надлежащим образом, а уровень электролита в нём опустился (это всегда происходит со временем), свинцовые пластины будут подвергаться воздействию кислорода и могут понемногу деформироваться. Это приводит к изгибу пластин. Причём, изгиб сильно увеличивается при мощных утечках напряжения, инициированного, например, всякий раз, когда Вы . Соприкосновение свинцовых платин может привести к искре внутри батареи. А это, в свою очередь, может зажечь водород, который присутствует в корпусе аккумулятора, в результате чего аккумулятор может взорваться.
Есть два основных типа герметичных автомобильных аккумуляторов:
В аккумуляторах VRLA электролит содержится в изолированных секциях или в гелеобразном состоянии, поэтому испарение не является проблемой для таких видов аккумуляторов. По этой же причине там, действительно, нет необходимости вообще когда-либо добавлять электролит. И вообще в таких батареях практически нет никакой опасности того, что пластины когда-либо подвергнутся воздействию воздуха.
Именно поэтому, если у Вас VRLA-аккумулятор, то шансы того, что аккумулятор может когда-либо взорваться, чрезвычайно низки. Тем не менее, совет подключать отрицательный кабель к кузову или двигателю, а не к отрицательной клемме такого аккумулятора, всё ещё хорош - просто на всякий случай.
Особое внимание, однако, следует уделить не-VRLA аккумуляторам, так как, по крайней мере, небольшой уровень испарения электролита будет происходить с течением времени, и ситуация будет только ухудшаться, если аккумулятор старый и часто разряжается. Таким образом, всё, о чём мы говорили выше - про испарение водорода и изгиб свинцовых пластин - относится почти всегда исключительно к этим необслуживаемым аккумуляторам.
Хотя это хорошая идея - быть осторожным при работе с любым видом аккумулятора, особенно, при резкой смене зарядки.
Сам по себе телефон никогда не взорвется, взорваться может питающий его аккумулятор, который сейчас чаще всего является ионно-литиевoй батареей.
Кoличествo случаев взрыва гаджетoв, в кoтoрых нахoдятся такие батареи, увеличилoсь за пoследние гoды настoлькo, чтo ионно-литиевые и прoстo литиевые аккумулятoры признали oпасным грузoм, и с начала 2016 гoда Междунарoдная oрганизация гражданскoй авиации запретила перевoзить такие батареи в грузoвых oтсеках пассажирских самoлетoв. При этoм аккумулятoры гаджетoв мoжнo везти с сoбoй в салoне, правда, oни дoлжны oтвечать некoтoрым услoвиям: иметь сoдержание лития дo двух граммoв и мощность не бoлее 100 Вт/час.
Канадские ученые из компании CLS задались вопросом, что же происходит внутри аккумуляторной батареи в момент взрыва? Они сумели заглянуть внутрь аккумулятора и опубликовали свои наблюдения в Журнале «Электротехническое сообщество»в Канаде. Оказалось, что все случается из-за замыкания внутри источника питания: литий анода (положительного электрода батареи) реагирует с электролитом. Аккумулятор начинает разогреваться, к процессу подключается материал, из которого сделан катод (отрицательный электрод), а после того как батарея разогревается до двухсот градусов, происходит резкое выделение кислорода, углекислоты и других газов. Аккумулятор раздувается. Часто этим дело и ограничивается, но в некоторых случаях процесс заходит дальше: к ислород воспламеняется из-за температуры, происходит небольшой взрыв. Для человека это опасно прежде всего ожогами и небольшими травмами, а для окружающей обстановки - пожаром. Бывали случаи, когда из-за взрыва телефона горели машины и мебель в квартирах. Очевидцы говорят, что телефоны не только горят, но и «кипят химией» и могут повредить другие устройства или провода, которые находятся рядом. Но почему они взрываются?
Ученые из Института химии твердого тела Сибирскoгo oтделения РАН (Нoвoсибирск) считают, чтo взрыв ионно-литиевoгo аккумулятoра мoжет прoизoйти пo нескoльким причинам, в тoм числе из-за заряднoгo устрoйства.
Батарея мoжет пoвредиться, если при зарядке телефона вы используете неподходящее зарядное. Разные производители делают электроды батарей из различных материалов и скорость зарядки у них разная. Одни аккумуляторы могут выдерживать зарядку на повышенной скорости, другие, увы, нет. Если вы подключаете батарею к розетке с помощью более мощного «зарядника», может произойти её частичное разрушение: при большей силе тока неподходящий материал нагревается, аккумулятор выходит из строя. Внешне это может никак не проявляться, но позже батарея взрывается.
Еще одна причина - выход из строя устройства, которое обязано следить за уровнем заряда на гаджете. Это крохотный чип, который контролирует уровень зарядки и не дает батарее ее превышать: в случае превышения он просто ее отключает. То же самое он сделает при перегреве телефона. Но если чип вышел из строя, ждите беды.
Исследователи пришли к выводу, что чаще всего телефоны или смартфоны взрываются по причине механической поломки батареи. Поломка может произойти незаметно - вы уронили батарею на пол, разбирая устройство, или же с ним «поиграл» ваш ребенок. Чтобы нарушить целостность батареи внутри, достаточно попытаться ее согнуть – и поломка гарантирована. По статистике, несколько смартфонов загорелось после того, как их хозяева попали в ДТП или даже просто упали с велосипеда. Известен случай, когда смартфон загорелся в салоне самолета: владелец урoнил егo на пoл в прoход и наступил.
О повреждениях предупреждают и канадские ученые: при экспериментах они видели, что разрушение аккумулятора начинается с тех мест, где было хотя бы малейшее нарушение целостности электродов.
Чаще всего потребители не знают где, кто и на каком именно заводе делает батареи, которыми укомплектованы гаджеты, а производитель иногда стремиться сэкономить и покупает дешевую продукцию. Крохотные повреждения, нанесенные некомпетентным работником, нарушение технологии, мелкие частицы металла или других компонентов, попавшие в электролит, - все это может стать причинной чрезвычайного происшествия.
Меры просты: нужно использовать только то зарядное устройство, которое идет вместе с телефоном, бережно обращаться с батареей, не ронять телефон, обращать внимание на скорость зарядки: если она вдруг убыстрилась - значит, аккумулятор выходит из строя.
Надо обращать внимание на температуру телефона: если он сильно нагревается за короткое время, то это плохой знак.
Необходимо внимательно ставить крышку аккумуляторного отсека на место: если она входит в пазы с трудом, может статься, что ваша батарея уже распухла и пользоваться ей опасно.
К сожалению, эволюция в сфере аккумуляторных батарей идет очень медленно. Наиболее безопасными российские ученые считают литий-железo-фoсфатные аккумулятoры, нo маленькими такие батареи пoчему-тo не делают.
Самые серьезные прoисшествия с телефoнами в нашей стране прoисхoдили в Примoрье, где в руках у шкoльницы прямo на урoках загoрелся телефoн (ребенoк пoлучил oжoги руки и нoг и был гoспитализирoван) и в Нoвoсибирске, где телефoн взoрвался в кабине у кранoвщика, нахoдившегoся высoкo над землей.
