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手机电池为什么会爆炸?可能因技术被强制推向极限
http://xiansano.cn  2019/6/12 15:31:01  
手机电池为什么会爆炸?可能因技术被强制推向极限

 

美国科技网站 TheVerge 近日撰文对手机电池爆炸的各种原因和科学道理进行了详细的解释。下面是文章的主要内容。

手机爆炸看起来似乎一件怪事,但手机电池的化学性质决定它们确实有可能着火并爆炸。三星最近宣布召回新款智能手机 Galaxy Note 7,因为该机电池具有潜在危险。

如果手机电池发生爆炸,责任往往在厂家,因为它们在生产过程中没能确保电池不会爆炸。电池爆炸可能是厂家将技术推向极限的结果。手机屏幕越大、功能越强大,就需要越多的能量,而我们大多数人总是希望电池续航时间越长越好,充电速度越快越好。

美国康奈尔大学(Cornell University)的材料科学家 Lynden Archer 表示,从理论上讲,我们已经可以使锂电池续航时间达到极限值的近 90%。所以,各大手机厂商都在向极限努力,希望获得尽可能长的续航时间。

“智能手机制造商都希望获得最长的电池续航时间,这有点像在进行一场军备竞赛。”Lynden Archer 说。“这种趋势正在产生另一种趋势:电池事故越来越容易发生。”

三星将 Galaxy Note 7 的召回归咎于如下事实:在部分手机上,原本不能互相接触的电池阴阳两极触碰到一起。但是,可充电锂离子电池爆炸也有其他常见的原因,这通常是因为我们对手机性能要求越来越高。

要了解电池的安全问题,我们需要了解电池的工作原理。电池相对的两侧有两个电极(或叫电导体)。其中一个电极含正电离子,被称为阴极。阴极里充满锂元素,它是“燃料”存储的地方。另一个相对的电极含负电离子,被称为阳极。

在充电期间,锂离子从阴极移动到阳极。当电池使用时,锂离子向相反的方向移动。在阴极和阳极之间的是被称为电解质的化学物质,它们能够帮助电离子移动,传导电流。虽然电离子需要从一侧移动到另一侧,但阳阴两极本身绝对不能接触。为了防止这种情况发生,电池制造商在阴阳两极之间插入了隔板。

充电过满或充电过快电池可能爆炸

Galaxy Note 7 的电池问题是:隔板有缺陷,阴阳两极触碰到一起。“这被认为是最糟糕的失败,因为它极有可能会引起火花,甚至可能发生爆炸。”Lynden Archer 说。当两个电极接触时,电能直接流向中间的电解质而非两侧的电极。

电解质本身是不太稳定的,电离子在其中的移动也会不稳定。当有大量的热量产生时——无论是通过两个电极互相接触还是仅仅因为外部过热——电解质可能会与其他化学物质发生反应,产生气体,释放更多的热量。随着化学反应的反复发生,气体以越来越快的速度释放越来越多的热量。这个过程将产生“热失控”,并可能导致起火。

这就是为什么许多手机在过热时会自动关机。但电池爆炸也可能是因为其他的原因。电池过度充电或充电过快都可能导致电池起火或者爆炸。

过度充电就像在水桶里装入太多的水。水桶里装入太多水不要紧,因为水会溢出。但对于电池来说,过度充电时,会有过多的锂元素进入阳极。过度充电并非是因为你将手机充了一整夜的电——大多数电池被设计成自动防止过度充电,而是因为制造商在生产过程中的差错导致电池电路出现故障,以至于不能阻止过度充电。

普林斯顿大学的材料科学家 Dan Steingart 表示,电池就像一个橡皮筋。当你对电池进行充电时,就好像你在拉伸橡皮筋;当你使用电池时,就好像你在释放它。如果你将橡皮筋拉得太紧,它就会断裂。

科学家正在研究新型电解质

此外,充电太快也是一个问题。快速充电意味着在短时间内向电池充入太多的电能,这就是所谓“快速充电技术”的危险所在。如果充电器与电池不兼容(不管是什么原因),电池也可能短路。

我们可以将电池想象成两个鸡蛋板条箱。锂离子需要在这两个鸡蛋板条箱之间穿梭,以便稳妥地堆积在里面。如果你缓慢充电,锂离子有足够的时间在板条箱里找到自己的位置。但是,如果充电过快,或者充电过度,锂离子就会在板条箱外面堆积起来。然后,每次充电时锂离子都会自我堆积,形成被称为“树突”的针状结构,它们可以导致短路电池。

电池事故的另一个常见原因是制造商试图通过提高电压使电池储存更多电能。电压就像瀑布的高度,而电流就像流水的水量,瀑布越高,下面的流水就越多。同理,电压越高,电池里存储的电能就越多。所以,制造商试图通过在电池中加入像镍元素(或其他元素)使电压升高。但是,电压越高,电解质越容易产生化合作用,从而导致起火或爆炸。

一些科学家正在试图开发一种不容易起火的电解质。这些电解质被称为“离子液体”。Nohms Technology 公司的首席技术官 Surya Moganty 表示,与一般电解质相比,“离子液体”需要更多的热量才会形成可燃气体。这种新型电解质要安全得多,但也有可能缩短电池续航时间。

电池技术在不断进步,但它的发展速度还赶不上我们对电池充电速度和续航时间的要求。手机制造商应该记住这一点,不要以安全为代价来满足我们的要求。


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