Аккумуляторы в современной электронике взрывались, взрываются и, увы и ах, будут взрываться и в дальнейшем, потому что производители пытаются выжать из них максимум возможного и часто вплотную приближаются к опасной черте. Согласно оценке специалистов Корнелльского университета, производители современных литий-ионных аккумуляторов практически достигли 90-процентного теоретически возможного порога продолжительности их жизни — сильно лучше уже не будет. И сейчас идет невидимая для потребителя гонка по увеличению емкости и ускорению зарядки… и первые покупатели Samsung Galaxy Note 7, вероятно, стали жертвами именно этой гонки.
Как пишет WSJ, в некоторых аккумуляторах Galaxy Note 7 "две части аккумулятора, которые не должны были касаться друга, все же друг друга коснулись". В результате — случаи возгорания и даже взрывов, которые привели к уничтожению некоторых личных вещей и даже одного автомобиля. Samsung настаивает, что проблема есть в менее, чем 0,1% устройств, однако все равно объявила начало кампании по замене 2,5 млн проданных смартфонов, что обойдется ей как минимум в 1 млрд долларов США. Впрочем, репутация дороже любых издержек.
Но что именно пошло не так в случае с аккумуляторами в Galaxy Note 7 и что может пойти не так в аккумуляторах в других устройствах? Чтобы лучше понять, что к чему, давайте посмотрим на то, как эти аккумуляторы вообще работают — а затем посмотрим на типичные сценарии, в результате реализации которых они могут взрываться.
Игра в одно касание
В каждом аккумуляторе есть два электрода или электрических проводника, они расположены на противоположных концах. Один из них держит положительно заряженные ионы лития и называется катодом. Противоположный электрод удерживает отрицательно заряженные ионы и называется анодом.
Во время зарядки ионы лития двигаются от катода к аноду, а когда аккумулятор питает устройство, происходит обратное движение. Между катодом и анодом есть "нажористые химикалии" — электролит, он проводит поток ионов туда-обратно. Эти ионы двигаются от анода к катоду и обратно, но при этом сами эти электроды никогда физически не должны соприкасаться. Чтобы этого не произошло, производители ставят между ними специальные физические разделители.
В некоторых аккумуляторах в Galaxy Note 7 оказались недостаточно качественные разделители, в результате чего анод и катод получили возможность соприкасаться. Это худшее, что может произойти в аккумуляторе, потому что в подавляющем большинстве случаев за таким контактом следует, как минимум пожар, а как максимум — взрыв. Просто потому, что все заряженные ионы вместо того, чтобы течь равномерно и плавно, "плюхаются" в электролит.
Тот и сам по себе не шибко стабилен, а под воздействием высокой температуры в результате массивного выброса энергии вступает в реакцию с другими веществами в аккумуляторе. В результате образуется газ. Под давлением температура еще больше растет, а из-за этого реакция между "химикалиями" в аккумуляторе еще больше ускоряется, производится еще больше газа… В электротехнике это явление известно как "тепловой пробой" и оно может закончится пожаром и взрывом, что история с аккумуляторами Galaxy Note 7 и показала.
Слишком много или слишком быстро
Как мы уже сказали выше, тепловой пробой в случае с аккумуляторами Galaxy Note 7 начался из-за касания анода и катода, однако у него могут быть и другие причины. Собственно, спровоцировать начало нехорошей химической реакции в аккумуляторе может любой экстремальный нагрев, будь это прямые солнечные лучи в жаркой среде (например, летом на солнце в авто), либо слишком быстрая зарядка излишне мощным, неподходящим для устройства зарядным устройством.
Конечно, большая часть современных качественных гаджетов автоматически отключается в случае экстремального нагрева, однако если на создании аккумулятора хорошо сэкономили (это мы так избежали написания словосочетания "китайская поделка") или смартфон/планшет/навигатор/регистратор недостаточно качественные, такой защиты от перегрева может не быть или она может не сработать.
Если вставить в бутылку воронку и потом плюхнуть в нее ведро воды, большая часть воды окажется на полу. Когда зарядное устройство "не видит берегов" и спешит "влить" в батарею тонны энергии сразу, перенасыщая анод литием, у него нет никакого "пола", на который можно было бы сбросить излишки, так что все идет вовнутрь, резко увеличивая температуру. В исправных аккумуляторе и зарядке есть защита от такого "перелива", но иногда она может выйти из строя. Результат — стремительный нагрев, образование газа, тепловой пробой, возгорание или взрыв.
Даже если взрыва не произойдет, регулярная слишком стремительная зарядка литий-ионных аккумуляторов (например, неподходящим зарядным устройством) приводит к явлению под названием "посев". Дело в том, что ионам лития при зарядке нужно какое-то время, чтобы "найти свое место" в структуре аккумулятора. Есть "лить мощным потоком", то ионы перестают "устаканиваться" и начинают располагаться как попало, а затем — и друг на друге, образуя подобные сталактитам структуры под названием дендриты. Рано или поздно это приведет к замыканию в батарее с одновременным выбросом энергии и нагревом — и хорошо, если аккумулятор просто "пустит дымка" и прикажет долго жить. А может и рвануть.
В чем сила, брат?
Еще одной распространенной причиной возгорания и взрыва аккумулятора является попытка "впихнуть невпихуемое" и увеличить емкость батареи увеличением напряжения — того самого, что измеряется в вольтах. Представьте, что напряжение — это высота водопада, а ток — это количество воды в нем. Чем выше водопад-напряжение, тем больше сила падающей воды-тока. Поэтому многие производители пытаются пройти по острию ножа и добавить в литий немного элементов типа никеля, одновременно увеличивая напряжение. Однако, чем выше напряжение, тем, потенциально, больше температура и более вероятно развитие всех вышеописанных ситуаций.
Разумеется, производители пытаются сделать электролит, который бы не так легко превращался в опасный и взрывоопасный газ. Есть даже хорошая альтернатива под названием ионная жидкость — ей нужна гораздо более высокая температура для перехода в нестабильное состояние. Однако проблема с ней — и многими альтернативами — в том, что они сокращают срок жизни аккумулятора или имеют иные побочные эффекты, ухудшающие характеристики продуктов.
Так что, реалистично говоря, альтернативы "инженерному чуду" под названием "литий-ионный аккумулятор" сегодня нет. И история со взрывающимися батарейками Samsung Galaxy Note 7 служит нам неплохим напоминанием о том, что каждый день мы носим в кармане маленькую бомбу, в которой содержится достаточно энергии для небольшого симпатичного взрыва, способного привести к настоящему пожару.
Не пользуйтесь копеечными зарядками неизвестных производителей.
Не пользуйтесь "левыми" аккумуляторами непонятного происхождения.
Не оставляйте электронику заряжаться на ночь и, вообще, не оставляйте ее без присмотра, если она воткнута в зарядку.
Не оставляйте электронику на солнце и в местах, где она может сильно нагреться.
Берегите себя и своих близких.
