Baterie litowo-jonowe funkcjonują w naszym codziennym otoczeniu od ponad 25 lat. Dzięki tej technologii magazynowania energii możliwy był rozkwit popularności urządzeń mobilnych, z którym mamy obecnie do czynienia. Niemal każdy smartfon, laptop, tablet, kamera posiadają baterie litowo-jonowe. A zasilają one także rowery, skutery, deskorolki i samochody elektryczne.
Ogromna popularność baterii litowo-jonowych bierze się z ich właściwości, które na chwilę obecną są niemożliwe do osiągnięcia przy wykorzystaniu innych, bezpieczniejszych i tańszych technologii. Posiadają wysoką zdolność magazynowania prądu, przy zachowaniu jednocześnie niewielkich rozmiarów i niskiej wagi. Ponadto docenić należy niewielkie wymagania baterii Li-Ion co do konserwacji oraz innych wymogów postępowania z ogniwami, aby bateria pracowała długo i bezpiecznie.
Pomimo niezaprzeczalnych korzyści, jakie niesie ze sobą powszechne wykorzystywanie ogniw litowo-jonowych do produkcji baterii, musimy być świadomi tego, że w określonych warunkach baterie te mogą ulec samozapłonowi, a nawet ekspolodować. Są to rzadkie przypadki, które z czasem są coraz skuteczniej niwelowane w związku z postępującym szybko rozwojem technologii produkcji baterii oraz dzięki lepszemu kontrolowaniu procesu ładowania i rozładowywania akumulatora przez oprogramowanie urządzeń (między innymi laptopów i smartfonów). Wciąż jednak na czołówki serwisów informacyjnych trafiają wiadomości o spektakularnych problemach z bateriami różnych producentów, jak np. Samsung i jego flagowy phablet Galaxy Note 7, które wyposażone zostały w wadliwe baterie, niosące ryzyko zapłonu i wybuchu, a także niedawne wezwanie serwisowe od firmy HP, która była zmuszona do wymiany baterii w seriach laptopów ProBook, Envy, Pavilion ZBook i innych, w związku z przypadkami przegrzewania się baterii i topienia się ich obudów. Jakie mechanizmy stoją za problemem zapłonu baterii litowo jonowych? Żeby odpowiedzieć na to pytanie, należy najpierw odpowiedzieć na to, w jaki sposób działa ogniwo litowo-jonowe.
Jak działają baterie litowo-jonowe?
Bateria litowo-jonowa składa się z dwóch elektrod oddzielonych od siebie elektrolitem i cienkim, mikroperforowanym tworzywem, zapobiegającym stykaniu się obu elektrod. Dodatnio naładowana elektroda - katoda - zbudowana jest z tlenków metali. Anoda natomiast wykonana jest z węgla i jest elektrodą ujemną. Ładowane baterie litowe dokonują transferu ładunku elektrycznego od katody, poprzez elektrolit zawierający sole litowe w mieszaninie organicznych związków, do anody. Odwrotny proces następuje podczas rozładowywania baterii i ta zachodząca reakcja powoduje, że Twój laptop i smartfon są zasilane z baterii. W przypadku niewielkich urządzeń bateria składa się z jednego - dwóch ogniw. Ale baterie w laptopach posiadają ich już od 6 do 12, a samochody elektryczne nawet kilkaset. Co takiego dzieje się podczas procesów zachodzących w baterii, że może dojść do jej zapłonu i wybuchu?
Dlaczego baterie litowo-jonowe wybuchają?
W większości przypadków do pożaru i wybuchu dochodzi na skutek zwarcia, co ma miejsce wówczas, gdy anoda z katodą się spotkają. Dużą rolę w przypadkach zapłonu baterii ma także czynik wysokiej temperatury i przegrzewania się ogniw. Powodem zwarcia między elektrodami mogą być różne czynniki, a jego rezultatem jest szybko postępująca, częstokroć wymykająca się spod kontroli rekacja łańcuchowa. Dochodzi do gwałtownego zwiększania się temperatury i stopienia separatora pomiędzy elektrodami, co podsyca dalsze nagrzewanie się baterii. Utratę kontroli nad zwiększaniem się temperatury układu powoduje efekt tzw. niestabilności termalnej (thermal run-away), który stoi za problemem reakcji łańcuchowej, która jest groźna zwłaszcza w bateriach składających się z wielu ogniw, ponieważ inicjuje reakcję w kolejnych, nie dotkniętych wadą, ogniwach. Podczas wzrostu temperatury katoda emituje tlen, wchodzący w reakcję z organicznym elektrolitem, co prowadzi w końcu do zapłonu lub wybuchu baterii.
Jakie czynniki mogą wywołać pożar i wybuch baterii?
Nie ma jednej przyczyny stojącej za wszystkimi przypadkami awarii baterii, prowadzących w konsekwencji do ich zapłonu. Można jednak wyszczególnić ogólne powody, które wiążą się z procesem produkcyjnym baterii, ale także mające związek z jej użytkowaniem.
- Źle zaprojektowana bateria i błędy produkcyjne stały za problemem, który skutkował wycofaniem 2,5 miliona urządzeń Galaxy Note 7 z rynku. Producent baterii nie zapewnił wystarczająco dużo przestrzeni oddzielającej elektrody, dlatego też do wybuchu dochodziło podczas ładowania smartfona, gdy elektrodny rozszerzały się nieznacznie, powodując zwarcie.
- Problemy ze złej jakości ładowarkami. Źle wykonane, niezabezpieczone ładowarki mogą doprowadzić do przegrzania baterii.
- Zewnętrzne źródło wysokiej temperatury. Przegrzanie baterii może wyzwolić reakcję łańcuchową prowadzącą do zapłonu i wybuchu.
- Mechaniczne uszkodzenie baterii. Jeżeli baterię poddać zgniataniu, wstrząsom (jak przy upadku), przebiciu, może to doprowadzić do pożaru i wybuchu.
- Przeładowanie baterii. Większość producentów używa mechanizmów zapobiegających takiemu przypadkowi, jednak niska jakość akumulatora i ładowarki może doprowadzić do przeładowania baterii i skutkować zapłonem.
Jak możesz zmniejszyć ryzyko wybuchu baterii?
- Kupuj baterie pochodzące z zaufanych źródeł. Tanie baterie mogą składać się z niskiej jakości ogniw, które nie przeszły bardziej wymagających testów produkcyjnych, pochodzą z demontażu starych baterii lub posiadają starą datę produkcji. Podejrzanie tanie baterie, w drodze oszczędności poczynionych przez producenta, mogą nie posiadać odpowiednich zabezpieczeń i być wykonane z niskiej jakości materiałów.
- Unikaj przegrzewania baterii i urządzeń z zainstalowanymi bateriami. Nie zostawiaj ich w nagrzanym samochodzie, na słońcu, nie przykrywaj pracującego laptopa kocem.
- Unikaj przeładowywania baterii. Zazwyczaj producenci urządzeń i ładowarek instalują zabezpieczenia na okoliczność przeładowania baterii. Miej się jednak na baczności używając tanich ładowarek, a zwłaszcza ładowarek samochodowych, które częstokroć tych zabezpieczeń nie posiadają.
- Przechowując baterie i urządzenia z bateriami, unikaj gromadzenia ich blisko siebie. Nagromadzenie baterii nie spowoduje zapłonu, lecz jeżeli jedna z baterii zaczyna się palić lub wybuchnie, te które będą w pobliżu mogą ulec tej samej reakcji, z powodu wzrostu temperatury i ciśnienia.
Co robić w przypadku, gdy bateria się zapali?
Objawami wskazującymi na to, że bateria może się zapalić jest znaczne nagrzewanie się baterii i urządzenia, dobiegające dźwięki syczenia, skwierczenia i bulgotania od strony akumulatora. W miarę możliwości należy wówczas natychmiast odpiąć urządzenie od zasilania, usunąć baterię z urządzenia i odłożyć ją w oddaleniu od materiałów i substancji łatwopalnych. Można odczekać aż bateria się dopali lub spróbować ją ugasić. W przypadku niewielkich baterii można do gaszenia użyć wody. Jeżeli jednak mamy do czynienia z dużymi akumulatorami i skupiskami ogniw, należy użyć gaśnicy klasy D (do gaszenia metali).
Sklep MaxForPower od lat specjalizuje się w sprzedaży wysokiej jakości baterii do laptopów, opartych o sprawdzone i markowe ogniwa, a także zasilaczy do laptopów spełniających normy bezpieczeństwa i CE. Wszystkie produkty posiadają ubezpieczenie na okoliczność ich wadliwej pracy.
