Por que uma bateria de telefone pode explodir: um olhar mais profundo

Recentemente, um caso foi relatado por 9to5Mac em que um ciclista sofreu queimaduras de terceiro grau em sua perna devido ao seu iPhone 6 pegando fogo. A notícia de baterias de telefone espontaneamente chamativas não é nada novo, coberto extensivamente antes junto com algumas fotos horrendas de vítimas queimadas. No entanto, o ar não está claro e vamos tentar explicar o fenômeno científico real que leva às explosões menos qualquer uma daquelas fotos que podem deixá-lo nauseado.

A tecnologia de bateria do núcleo no smartphone não viu qualquer avanço inovador nas últimas duas décadas, mas tudo ao seu redor progrediu saltos e limites. Desde o gerenciamento de bateria, métodos de carregamento até mesmo os cabos com CIs integrados, estamos alimentando as nossas baterias de maneira mais sofisticada hoje.

Então, isso levanta a questão: por que não podemos impedir que essas malditas baterias englobem a si mesmas e qualquer coisa na vizinhança em fumaça e chamas? Bem, para responder a essa pergunta, precisamos mergulhar na ciência do ensino médio, não no pescoço, mas na altura da cintura.

As baterias de íon de lítio são 'apertadas'

A estrutura da bateria Li-ion desempenha um papel muito importante na compreensão do motivo pelo qual as baterias de íons de lítio vêm com tantos avisos. Como mostrado na imagem abaixo, Ânodo e cátodo, os dois componentes básicos da bateria estão na forma de folhas. Uma folha 'Separadora' porosa está presente entre os dois para evitar curto-circuito. Toda essa combinação de anodo-separador-catodo é empilhada várias vezes com a espessura de alguns milímetros da sua bateria média do smartphone.

Essa embalagem compacta permite vários milhares de mAh de capacidade em apenas alguns milímetros de espessura, mas também é uma receita inevitável para o desastre, como veremos em breve.

O Maldito: Fugitivo Térmico

Em qualquer bateria, se o ânodo e o cátodo entrarem em contato direto um com o outro, ocorrerá um curto-circuito. Isso é ruim para a bateria, pois aumenta a temperatura interna da bateria. E no caso de baterias de íons de lítio, é pior, pois isso inicia um ciclo de descarga automática, aumentando ainda mais a temperatura. Isso é chamado de "Runaway Térmico". E isso age como um precursor de explosões.

Aqui, a estrutura compacta das baterias de íons de lítio é seu próprio inimigo, pois o ânodo-cátodo é mantido separado por um separador muito fino. Também a alta densidade de energia das baterias Li-ion agem como combustível para o fogo, uma vez que o Thermal Runaway começa.

As principais razões pelas quais pode explodir

Esses gases gerados causam a acumulação da pressão dentro da bateria, levando a uma explosão.

Curto-circuito em uma bateria não ocorre por si só. Vários fatores, desde o processo de fabricação até fatores externos, como cobrança e ambiente de trabalho, são responsáveis, que são elaborados abaixo.

Defeitos de fabricação

Em primeiro lugar, na lista de causas que fazem com que sua bateria se torne mais rápida, a folga na qualidade e no processo de fabricação. Esta é também a causa dominante que ecoa o fato de que baterias e telefones mais baratos são mais suscetíveis a ela. Embora a fabricação de uma célula de íons de lítio não seja ciência de foguetes, ainda é necessário manter algum nível de QC, pois os materiais envolvidos são perigosos e instáveis ​​(lítio).

Baterias mais baratas geralmente empregam um separador de qualidade inferior, que se degrada rapidamente, causando um curto-circuito. Essas baterias também não são montadas em ambientes limpos, causando a deposição de partículas ao redor dos terminais, levando novamente ao curto-circuito. O invólucro externo também não está à altura da marca e é inadequado para sustentar forças e impactos contundentes.

Práticas de cobrança

Mantendo o seu telefone para carregar durante a noite ou drenando até 1%? Se você fizer essas duas coisas, não se preocupe, ele não fará com que o celular seja torrado, mas afetará a saúde da bateria com o tempo. As baterias Li-ion são pacíficas na faixa de 3, 7 a 4, 2 volts, mas carregá-las por 5 volts ou descarregá-las abaixo de 3, 2 volts irão provocá-las.

Todos os smartphones de hoje têm construído circuitos para evitar que a voltagem ultrapasse os limites, mas novamente em versões mais baratas e não padronizadas, esses circuitos são os primeiros a cair. Carregadores fora do padrão também são igualmente perigosos, ainda mais porque envolve a alimentação principal, que pode ser letal tanto para você quanto para a bateria.

Usuários do iPhone: Temos um guia dedicado para o carregamento correto dos iPhones.

Dano físico

Se olharmos para a história dos casos de telefone fritos, a causa raiz é geralmente considerada como sendo a bateria do telefone não-padrão ou falsa. Mas vendo como um iPhone é o culpado no presente caso, podemos descartar isso. O que parece ser a causa provável é o forte impacto da queda, levando à ruptura do separador e ao curto-circuito em grande escala. É por isso que você é aconselhado a não martelar seu telefone em forma de raiva.

Bateria esmagadora

Finalmente, um pouco também deve ser dito sobre o calor. Uma bateria perfeitamente fina e de alta qualidade também passará pelo Thermal Runaway se a temperatura externa permanecer acima de 60 graus Celsius por um tempo prolongado. Portanto, evite colocar seu telefone próximo a lareiras, aquecedores de ambiente ou ao sol por muito tempo.

A tabela a seguir da BatteryUniversity o orienta em relação às temperaturas seguras.

Mas por que a explosão?

Sem entrar mais em coisas técnicas, quando, devido a qualquer uma das razões acima mencionadas, ocorre o Thermal Runaway, o calor dentro da bateria aumenta. Além disso, devido ao fenômeno inerente de Runaway, o calor interno pode atingir até 150 graus Celsius (302 F).

A esta temperatura, o separador entre as folhas derrete, causando curto-circuito em uma escala maior.

O separador de fusão e o eletrólito superaquecido sofrem algumas reações químicas super complexas produzindo alguns gases. Esses gases gerados causam a acumulação da pressão dentro da bateria, levando a uma explosão. Mas isso nem sempre é o resultado, às vezes a bateria pode apenas inchar e falhar.

1. Utilize um Halon, Halon de substituição ou extintor de água para extinguir o fogo e evitar a sua propagação para materiais inflamáveis ​​adicionais.

2. Após a extinção do incêndio, mergulhe o dispositivo com água ou outros líquidos não alcoólicos para resfriar o dispositivo e evite que células adicionais da bateria atinjam a fuga térmica.

E em qualquer caso de infortúnio, alguma bateria em sua vizinhança decide começar a auto-combustão, o conselho acima da FAA (arquivo PDF) deve ser seguido para apagar o fogo.

Então, o que aprendemos?

Uma coisa que podemos concluir é que as baterias e componentes de baixo peso desempenham um papel importante nas falhas. Carregadores e cabos baratos também são igualmente responsáveis. Mas manter seu telefone conectado por longos períodos não causará isso. E danificando intencionalmente as baterias, bem, essas vêm sob a categoria Idiots at Work, sobre a qual nada pode ser feito. Além disso, todas as avarias da bateria não se transformam em TNT, algumas são apenas protuberantes, vazam ou param de funcionar.

Espero que este explicador tenha respondido a questão em título, cientificamente. Se você tiver perguntas ainda mais candentes, sinta-se à vontade para nos enviar comentários. Carregamento feliz e seguro.

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