Resna težava Li-ionskih baterij je nevarnost eksplozije v kritičnih situacijah. V zvezi s tem je zanimivo razumeti, zakaj se to zgodi in katere učinke spremlja. Pomembno je tudi razumeti, kaj je treba storiti, da se zmanjša nevarnost požara za napravo, opremljeno s takšno baterijo (fotografija spodaj).
Bistvo problema
Lažje bomo razumeli, zakaj je prišlo do požara, če je zasnova akumulatorja znana. Začnimo z dejstvom, da Li-ionske baterije vsebujejo anodo in katodo s porozno ločilno loputo. Kot katoda se običajno uporabljajo kovine iz prehodne skupine z vdelanimi litijevimi ioni. Funkcijo anode opravlja grafit.
Elektroliti za baterije tega razreda so narejeni na osnovi litijevih soli v raztopini. Ko se baterija med proizvodnjo prvič napolni, na anodi nastane prosti ionski sloj (SEI). Kemična pregrada, ki jo tvorijo, ščiti elektrode akumulatorja pred nevarnim stikom z elektrolitom.
V večini znanih situacij pride do spontanega zgorevanja zaradi nenamernega kratkega stika v baterijski celici.
Razlog za njegov pojav je lahko:
- Mogoča je mehanska deformacija po padcu telefona na tla ali trku o trdo podlago.
- Proizvodne napake.
- Rast dendritov.
Slednji pojav je povezan s hitrimi postopki praznjenja ali polnjenja, zaradi česar litijevi ioni preprosto nimajo časa za integracijo v kristale grafitne anode. Posledično zrastejo do velikosti, ki vodi do okvare separatorja.
Značilnosti samogorevanja
Kratek stik v bateriji vodi do segrevanja njenih komponent in ko doseže 70-90 stopinj, se ionska pregrada uniči v anodnem območju. Zaradi tega začne litij, vgrajen vanj, v stik z elektrolitom, kar povzroči sproščanje plinov iz skupine ogljikovodikov (metan in podobno). V prisotnosti eksplozivne mešanice ostane glavna sestavina, potrebna za vžig - kisik.
Nastala zmes začne vreti v tesno zaprtem ohišju, kar neizogibno vodi do skoka temperature in tlaka v njem. Ko sestava doseže kritično stanje (plus 180-200 stopinj), začnejo delci katode podpirati reakcijo z obilnim razvojem kisika. Takrat se zgodi eksplozija, ki jo spremlja nenaden dvig temperature (do 300-600 stopinj) in obilno sproščanje toplote.
Kako se zaščititi pred eksplozivnim postopkom
Proizvajalci baterij zagotavljajo več stopenj zaščite pred neprijetnimi učinki po načelu: močnejši kot je model, več je teh ravni. Eden od njih vključuje separator, ki ob nenadnem temperaturnem skoku ustvari nepremagljivo oviro za razvoj dendritov v odseku akumulatorja. Če pa pride do plazovitega procesa, ločilo nima časa, da bi "delovalo"; se takoj stopi.
Imajo tudi posebne ventile in varovalke za zaščito baterij. Uporabnik se bo opisanim neprijetnim učinkom lahko izognil, če bo z napravo skrbno ravnal (ne spustite je in jo pravilno napolnite).