Waarom ontploft een batterij van een telefoon?

Ontploffende batterijpraat is iets waar je nu niet aan kunt ontsnappen, dankzij een probleem met de Samsung Galaxy Note 7. Het is een goede discussie: hoe meer mensen erover praten, hoe minder waarschijnlijk het is dat een kind gewond raakt door een batterij defect. Hoe graag we een product ook zien dat we leuk vinden om veiligheidsproblemen te ervaren, we haten het als mensen veel meer gewond raken.

Maar de Note 7 is niet de eerste telefoon die ooit batterijproblemen heeft gehad, en het zal niet de laatste zijn. Er zullen altijd geïsoleerde incidenten zijn van batterijen die niet werken, zolang we telefoons met lithium-ioncellen gebruiken, en de Note 7 is niet de eerste telefoon waarvan de batterij op grote schaal moest worden teruggeroepen omdat er iets mis is onder de motorkap - als oude Nokia fans weten het te goed. Het gebeurt. Het is nooit een goede zaak, maar het is een ding. Laten we het hebben over waarom het kan gebeuren.

Hoe de batterij van uw telefoon werkt

Het eerste dat we moeten begrijpen, is hoe de lithium-ionbatterij in uw telefoon precies werkt. De naam geeft ons een hint - elektriciteit wordt van de ene naar de andere elektrode getransporteerd met behulp van geladen lithiumionen.

Elektriciteit ontmoet chemie ontmoet metallurgie - dat is wat een batterij mogelijk maakt.

Lithium-ionbatterijen slaan energie op, dragen deze over en geven deze vrij door natuurlijke chemische reacties. De batterij heeft twee elektroden - een anode en een kathode. De kathode is verbonden met de positieve (+) verbinding op de batterij en bevat positief geladen ionen, en de anode is verbonden met de negatieve (-) verbinding en houdt (je raadt het) negatief geladen ionen.

Tussen de twee elektroden bevindt zich een elektrolyt. De elektrolyt in een lithiumbatterij is (meestal) een organische oplosmiddelpasta met een zeer groot aantal metaalzouten (in de meeste gevallen is dat metaal lithium) als onderdeel van de samenstelling. Dit maakt het elektrisch geleidend - er kan elektriciteit doorheen gaan. De anode en de kathode bevinden zich in de elektrolyt en worden gescheiden door een fysieke barrière zodat ze elkaar niet kunnen raken.

Wanneer u de batterij ontlaadt (wanneer u uw telefoon gebruikt en niet oplaadt), duwt de kathode zijn positief geladen ionen weg en trekt de negatief geladen anode deze aan. Elektriciteit stroomt uit de anode, via uw apparaat en vervolgens terug naar de kathode. Ja, elektriciteit reist door een lus en wordt niet "opgebruikt" door het ding dat wordt aangedreven. Wanneer u uw telefoon oplaadt, gebeurt het omgekeerde en gaan ionen van de kathode door de elektrolyt naar de anode.

Lithium is het perfecte element voor oplaadbare batterijen: het is licht van gewicht, gemakkelijk op te laden en kan lang worden opgeladen.

Wanneer deze ionen in contact komen met de geladen atomen in een elektrode, bevrijdt een elektrochemische reactie genaamd oxidatie-reductie (redox) de geladen elektronen om zich door de batterijcontacten te verplaatsen, die zijn verbonden met de elektroden. Dit blijft de lithiumionen in de elektrolyt opladen totdat er niet meer voldoende is dat een positieve lading kan vasthouden die sterk genoeg is om door de elektrolytpasta te bewegen en uw batterij niet langer wordt opgeladen.

Lithium is het lichtste metaal - nummer drie op het periodiek systeem. Het is ook erg prikkelbaar, waardoor het gemakkelijk is om een ​​krachtige chemische reactie te creëren. Dit maakt het een bijna perfect metaal om te gebruiken in een draagbare oplaadbare batterij. Hij is licht van gewicht, gemakkelijk op te laden en blijft lang goed.

Wat kan een batterij doen ontploffen?

Laten we om te beginnen bepalen wat exploderen in dit geval betekent. De elektrolytpasta in een lithium-ionbatterij is extreem vluchtig. Het kan (en zal) heftig reageren op andere metalen en heeft een zeer laag (180 graden Celsius) smeltpunt. In een afgesloten batterijbehuizing kan de gegenereerde druk zich opbouwen tot de behuizing is gescheurd en vervolgens snel ontsnappen. De druk voert extreem hete elektrolytvloeistoffen uit waardoor andere dingen vlam kunnen vatten. Sommige lithiumbatterijen zijn geventileerd met een ontsnappingsgat zodat ze niet scheuren onder druk. Wanneer de batterijbehuizing scheurt en oververhitte vloeistof gevuld met gesmolten metalen onder druk wordt uitgestoten, veroorzaakt dit een explosie.

Er zijn twee eenvoudige manieren om een ​​lithiumbatterij te laten ontploffen - hitte en fysieke schade. Laten we beide bekijken.

Oververhitting en overladen

Dit is de meest voorkomende reden waarom een ​​batterij defect raakt. Er gaat iets mis in het laadcircuit en het ingangsvermogen blijft de chemische reactie aansturen. Eén plaats in de batterij wordt uiteindelijk te heet en, omdat deze nog steeds wordt opgeladen, kan deze niet afkoelen, waardoor de zogenaamde thermische wegloper ontstaat.

In dit geval begint het warme gedeelte zijn eigen warmte te genereren, waardoor andere gebieden in de elektrolyt oververhit raken en er meer plekken in de batterij oververhit raken. De hitte zet de elektrolyt uit en creëert stoom, waardoor de druk wordt opgebouwd totdat de batterijbehuizing splitst en alle druk en een aantal zeer hete, zeer plakkerige (en zeer brandbare eenmaal blootgesteld aan de lucht), kleverige vloeistof wordt verwijderd.

Een thermische wegloper kan snel genoeg gebeuren zodat je de hitte niet eens voelt voordat de batterij uitvalt.

Wanneer een dergelijke breuk gebeurt, kan dit fysieke schade veroorzaken aan de dingen die zich er in de buurt van bevinden - wanneer u een telefoon, printplaten en glas of plastic vasthoudt. Deze materialen kunnen ook vlam vatten van de hitte, waardoor de ontsnapte elektrolyt ontsteekt en werkt als napalm - vuur dat aan dingen blijft kleven totdat het erdoorheen brandt of zichzelf uitbrandt.

Het thermische wegloopproces kan zeer snel plaatsvinden en dingen kunnen gaan van "normaal" tot catastrofale storingen in de batterij voordat de hitte zelfs via uw telefoon op uw handen wordt overgedragen. Gelukkig hebben de honderden miljoenen lithiumbatterijen die elk jaar worden geproduceerd een extreem laag (bijna statistisch onbeduidend) faalpercentage als gevolg van thermische wegloper, gedeeltelijk vanwege veiligheidsmaatregelen (abonnement vereist) zoals niet-brandbare additieven voor de elektrolyt en coatings.

Als je telefoon aangeeft dat het te warm is en niet op volle snelheid wordt opgeladen of gebruikt, moet het afkoelen zodat er geen thermische vluchteling optreedt. Luister naar de kleine pop-up en laat het afkoelen.

Mechanische schade

Lithiumbatterijen zijn ontworpen om licht van gewicht te zijn, een hoge output te leveren en gemakkelijk op te laden. Dit betekent dat de buitenmantel en de barrière (s) die de elektroden scheiden, erg dun en licht zijn, waarbij het grootste deel van het gewicht afkomstig is van de onderdelen die uw telefoon van stroom kunnen voorzien.

Omdat de scheidingswanden en behuizing dun zijn, zijn ze vrij gemakkelijk te doorboren of te scheuren. Als de structuur van de batterij zelf zodanig wordt beschadigd dat de elektroden elkaar raken, ontstaat er een kortsluiting. De onmiddellijke elektrische ontlading is explosief, wat het elektrolyt kan (en zal) verwarmen en druk kan creëren om het door eventuele scheuren in de batterijhouder naar buiten te duwen. Het is heet, het is ontvlambaar en het is in contact met een vonk. Dat is een recept voor een ramp.

Het is heet, het is ontvlambaar en het is in contact met een vonk. Dat is een recept voor een ramp.

Een dunne behuizing is ook een veiligheidsmaatregel, hoewel het gek klinkt. Dunner metaal is gemakkelijker te scheuren, dus kan er minder druk worden gegenereerd in een afgesloten behuizing - wat in wezen een ventilatieopening creëert. Het onder druk duwen van ontvlambare hete vloeistof is niet goed. Meer druk laten opbouwen tot het een dikkere behuizing scheurt, is erger.

Andere metalen die in contact komen met de elektrolytpasta kunnen ook een vonk veroorzaken die tot falen leidt. Ik laat je zelf op YouTube zoeken om ongelooflijk domme mensen telefoonbatterijen te doorboren om ze te laten ontploffen. De reactie op vreemd metaal doet hetzelfde als een korte, maar op een kleinere schaal.

Hoe zit het met de Note 7?

Image credit reddit user crushader

Om te beginnen weet niemand behalve Samsung waarom batterijen in sommige Note 7's zijn ontploft. Ze stuurden een korte verklaring via hun VK, divisie die niet echt logisch is. De formulering "de anode-naar-kathode kwam in contact" klinkt alsof ze een korte beschrijving beschrijven, maar zoals geschreven betekent het niets. Ik zal niet proberen iets te interpreteren dat in een geval als dit niet duidelijk is. Maar ik kan zeggen wat ik denk als een leunstoel quarterback die nog nooit een Note 7 heeft zien ontploffen of inspecteren die zelf is ontploft, een situatie waarbij de anode kort op de kathode het meest logisch is.

Omdat mensen hebben gemeld dat de Note 7-batterij defect is zonder dat deze is aangesloten en grote delen van de telefoons die we op foto's zien, niet worden verbrand, ga ik ervan uit dat het geen thermische vluchteling is, hoewel Health Canada expliciet zegt dat de enige is falen in Canada was door oververhitting,

Iedereen buiten Samsung kan alleen een gefundeerde schatting maken van wat er gebeurt.

Een thermische weggelopen situatie is niet zo "direct" als een directe kortsluiting, en de opgewonden elektrolytoplossing zou meer tijd nodig hebben om een ​​burst-batterij te verlaten en door te gaan nadat een explosie de behuizing had gescheurd. Meer dan alleen een deel van de telefoon zou worden verbrand, evenals andere objecten in de directe omgeving. Een hitte-explosie zou er ook voor zorgen dat de batterij opzwelt voordat de flexibele behuizing zou scheuren, en zonder ruimte voor expansie zou de gezwollen batterij de buitenste schil van de telefoon barsten. Er zijn video's op YouTube die laten zien hoe dit gebeurt, en hier is een geweldig (zij het oud) voorbeeld van iemand die de veiligheidsmaatregelen omzeilt om het te laten gebeuren. Iemand zou hebben gezegd dat de telefoon opzwol voordat hij ontplofte, zou ik denken.

Ik denk ook niet dat vreemde voorwerpen of productieresten in contact komen met de elektrolyt. Ik weet dat dit een populaire theorie is, maar als een batch batterijen (we weten niet eens hoe groot een "batch" in dit geval is) allemaal kleine deeltjes in de elektrolyt hebben, zien we veel meer Note 7s exploderen.

Een kortsluiting in de batterij of in het laadcircuit in combinatie met een elektrolyt dat is behandeld met niet-brandbare additieven lijkt me waarschijnlijker. Een snelle explosie waarbij een kleine hoeveelheid druk en vloeistof tegelijk vrijkomen, kan zichzelf snel verbranden als er niets in contact komt met de telefoon. Wanneer de telefoon in contact komt met iets dat ontvlambaar is, bijvoorbeeld de stoel van een jeep, kan dit brand veroorzaken.

Natuurlijk kunnen er nog tal van andere factoren zijn die we niet kennen. Het productieproces dat wordt gebruikt om een ​​lithium-ionbatterij voor een telefoon te maken, maakt ze zeer veilig in gebruik. Maar er is ook veel dat mis kan gaan.

Een voorlopig rapport van Samsung aan Koreaanse toezichthouders gaf de schuld aan een productiefout die platen in de batterij in contact bracht en "overmatige hitte" veroorzaakte. Het rapport merkte op dat meer analyse nodig was om de exacte oorzaak te achterhalen.

Eerste conclusies duiden op een productiefout die druk uitoefende op platen in batterijcellen. Dat op zijn beurt bracht negatieve en positieve polen in contact, waardoor overmatige hitte werd geactiveerd. Samsung benadrukte echter dat het een grondiger analyse moest uitvoeren om de 'exacte oorzaak' van batterijschade te bepalen.

Wat we wel weten over de Note 7 en de batterij

We hebben geen idee wat er precies gebeurt met de Note 7, noch iemand buiten Samsung. Maar we kunnen een weloverwogen gok doen op basis van het weinige bewijs dat we hebben. En uiteindelijk maakt het niet uit. Samsung heeft vastgesteld dat de Note 7 defect is en dat we allemaal stoppen met het gebruik ervan en ze terugsturen. Een vervanging zonder het probleem is in productie en al onderweg naar het verkoopkanaal. We hoeven niet te weten waarom het explodeert om te weten dat we er vanaf moeten komen.

Samsung beveelt aan dat u uw Note 7 uitschakelt en deze niet meer gebruikt.

Samsung en uw provider (of andere retailers zoals Target of Best Buy) hebben beleid en methoden waarmee u uw Note 7 kunt retourneren zonder geld te verliezen. Sommige bieden leenapparaten die je kunt retourneren wanneer gecorrigeerde Note 7-telefoons hun weg naar de planken vinden, terwijl anderen gewoon een rechtstreekse terugbetaling aanbieden. Beide opties zijn beter dan uw hand of uw gezicht riskeren als de batterij defect raakt.

We hebben alles wat je moet weten op één plek verzameld en we beantwoorden ook graag alle vragen die we kunnen beantwoorden in de comments of op sociale media.

Samsung Galaxy Note 7 recall: Alles wat u moet weten