Waarom ontploffen lithium-ion-batterijen?

Hoewel lithium-ionbatterijen over het algemeen ongelooflijk veilig zijn, kunnen ze heel erg af en toe vlam vatten of exploderen. Wanneer het gebeurt, zoals met Samsung's Galaxy Note 7 fiasco of HP's recentere laptop recall, is het altijd groot nieuws. Dus wat gebeurt er en waarom gaan batterijen soms met een knal naar buiten? Laten wij het uitzoeken.

Oplaadbare lithium-ionbatterijen - het soort batterij dat zich in uw laptop, telefoon, tablet en vrijwel elke andere moderne gadget bevindt die u bezit, evenals elektrische auto's en vliegtuigen - zijn verantwoordelijk voor de revolutie van draagbare apparaten. Zonder lithium-ionbatterijen zou ik dit artikel niet in een coffeeshop kunnen plaatsen; in plaats daarvan zou ik de hele tijd op een stroombron moeten worden aangesloten.

Wat zit er in een lithium-ion batterij?

Om te begrijpen waarom lithium-ionbatterijen soms falen, moet u weten wat er onder de motorkap gebeurt. In elke lithium-ionbatterij bevinden zich twee elektroden - de positief geladen kathode en de negatief geladen anode - gescheiden door een dun vel "microperfered" plastic dat de twee elektroden niet aanraakt. Wanneer u een lithium-ionbatterij oplaadt, worden lithiumionen geduwd door elektriciteit van de kathode, door de microperforaties in de scheider en een elektrisch geleidende vloeistof en naar de anode. Wanneer de batterij ontlaadt, gebeurt het omgekeerde waarbij de lithiumionen van de anode naar de kathode stromen. Dit is de reactie die uw laptop van stroom voorziet.

Kleine batterijen, zoals die op smartphones, hebben meestal slechts een enkele lithium-ion-cel. Grotere batterijen, zoals die op laptops, hebben normaal tussen 6 en 12 lithium-ioncellen. De batterijen in elektrische auto's en vliegtuigen kunnen honderden cellen bevatten.

Wat maakt een lithium-ionbatterij ontploffen?

Het feit dat lithium-ionbatterijen zo nuttig zijn, geeft hen ook het vermogen om te ontbranden of te ontploffen. Lithium is heel goed in het opslaan van energie. Wanneer het als een druppeltje wordt vrijgegeven, wordt je telefoon de hele dag van stroom voorzien. Wanneer het allemaal in één keer wordt vrijgegeven, kan de batterij ontploffen.

Deze lithium-ionbatterij van een Boeing 787 van Japan Airlines vloog in 2013 in brand.

De meeste lithium-ionbatterijbranden en explosies komen neer op een probleem van kortsluiting. Dit gebeurt wanneer de plastic separator uitvalt en de anode en kathode elkaar raken. En zodra die twee bij elkaar komen, begint de batterij oververhit te raken.

Er zijn een aantal redenen waarom het scheidingsteken kan mislukken:

Slecht ontwerp of fabricagefouten: De batterij is slecht ontworpen, net als bij de Galaxy Note 7. In dat geval was er niet genoeg ruimte voor de elektroden en de separator in de batterij. In sommige modellen, toen de batterij een beetje expandeerde tijdens het opladen, kromden de elektroden en veroorzaakten kortsluiting. Zelfs een goed ontworpen batterij kan uitvallen als de kwaliteitscontrole niet strak genoeg wordt gehouden of als er iets mis is met de productie.
Externe factoren: Extreme hitte kan bijna gegarandeerd een storing veroorzaken. Batterijen die te dicht bij een warmtebron zijn achtergelaten - of in een brand zijn gevangen - hebben bekend kunnen exploderen. Andere externe factoren kunnen ertoe leiden dat ook een lithium-ionbatterij defect raakt. Als u uw telefoon te hard (of te vaak) laat vallen, bestaat de kans dat u de separator beschadigt en de elektroden aanraakt. Als je de batterij doorboort (per ongeluk of opzettelijk), dan zul je vrijwel zeker een kortsluiting veroorzaken.

Problemen met de oplader: Een slecht gemaakte of slecht geïsoleerde oplader kan ook een lithium-ionbatterij beschadigen. Als de oplader kortsluiting maakt of warmte genereert in de buurt van de batterij, kan deze voldoende schade aanrichten om een storing te veroorzaken. Daarom raden we aan alleen officiële opladers te gebruiken (of op zijn minst kwalitatief hoogwaardige externe laders van gerenommeerde merken). Lithium-ion-batterijen hebben ingebouwde beveiligingen om overladen tegen te gaan. Hoewel, zeer zelden, als deze veiligheidsmaatregelen falen, overladen een goede manier is om een batterij te oververhitten.
Thermal Runaway en Multiple Cells: Hoewel niet relevant voor batterijen met een enkele cel zoals die in de meeste smartphones (de iPhone X heeft eigenlijk twee cellen), hoeft er maar één batterijcel te falen om de hele batterij te laten werken. Zodra een cel oververhit raakt, krijgt u een domino-effect, genaamd "thermal runaway." Voor batterijen met honderden cellen, zoals die in de Tesla Model S-thermische wegloper, kan dit een groot probleem zijn.

Hoewel het onderzoeken van waarom de batterij soms defect raakt een beangstigend beeld oplevert, zijn lithium-ionbatterijen een veilige en volwassen technologie. Het feit dat het altijd nieuws is wanneer een batterij onverwacht ontploft, laat zien hoe zeldzaam een gebeurtenis die grote storingen zijn. Batterijfabrikanten stellen veel voorzorgsmaatregelen om te voorkomen dat batterijen uitvallen, of op zijn minst de schade te beperken die een storing kan veroorzaken.

Fotocredit: wk1003mike / Shutterstock.com.