Warum ein Telefonakku explodieren könnte: Ein tieferer Blick

Kürzlich wurde von 9to5Mac ein Fall gemeldet, in dem ein Radfahrer Verbrennungen dritten Grades an seinem Bein erlitt, weil sein iPhone 6 in Brand geriet. Die Nachricht von spontan feuerfesten Telefonbatterien ist nichts Neues. Sie wurde bereits ausführlich besprochen, zusammen mit einigen schrecklichen Fotos von verbrannten Opfern. Die Luft ist jedoch nicht klar und wir werden versuchen, das tatsächliche wissenschaftliche Phänomen zu erklären, das zu den Explosionen führt, abzüglich der Fotos, die Sie möglicherweise krank machen.

Die Kerntechnologie für Akkus in Smartphones hat in den letzten zwei Jahrzehnten keine bahnbrechenden Fortschritte gemacht, aber alles rund um sie hat Fortschritte gemacht. Vom Batteriemanagement über Lademethoden bis hin zu Kabeln mit integrierten ICs versorgen wir unsere Batterien heute auf raffinierteste Weise mit Strom.

Es stellt sich also die Frage, warum wir diese verdammten Batterien nicht davon abhalten können, sich selbst und irgendetwas in der Nähe in Rauch und Flammen zu verschlingen. Nun, um diese Frage zu beantworten, müssen wir in die Wissenschaft der High School eintauchen, nicht halshoch, sondern hüfthoch.

Lithium-Ionen-Batterien sind "dicht"

Die Struktur eines Li-Ionen-Akkus spielt eine sehr wichtige Rolle für das Verständnis, warum Lithium-Ionen-Akkus so viele Warnungen enthalten. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, Anode und Kathode, liegen die beiden Grundkomponenten der Batterie in Form von Folien vor. Zwischen beiden befindet sich eine poröse Trennfolie, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Diese ganze Kombination aus Anode-Separator-Kathode ist mehrmals in der Dicke von wenigen mm eines durchschnittlichen Smartphone-Akkus gestapelt.

Solch eine dichte Packung ermöglicht die Kapazität von mehreren tausend mAh in nur wenigen Millimetern Dicke, ist aber auch ein unvermeidbares Rezept für eine Katastrophe, wie wir gleich sehen werden.

Der Fluch: Thermal Runaway

In jeder Batterie tritt ein Kurzschluss auf, wenn Anode und Kathode in direkten Kontakt miteinander kommen. Dies ist schlecht für die Batterie, da es die Innentemperatur der Batterie erhöht. Und bei Li-Ionen-Batterien ist es noch schlimmer, da sich diese selbst entladen und die Temperatur weiter erhöhen. Dies wird als "Thermal Runaway" bezeichnet. Und dies wirkt als Vorläufer für Explosionen.

Hier ist die dicht gepackte Struktur von Lithium-Ionen-Batterien der eigene Feind, da die Anode-Kathode nur durch einen sehr dünnen Separator voneinander getrennt wird. Auch die hohe Energiedichte von Li-Ionen-Batterien dient nach dem Start von Thermal Runaway als Brennstoff für das Feuer.

Die Hauptgründe, warum es explodieren könnte

Diese entstehenden Gase verursachen einen Druckaufbau in der Batterie, der letztendlich zu einer Explosion führt.

Ein Kurzschluss in einer Batterie tritt nicht von selbst auf. Eine Reihe von Faktoren, die vom Herstellungsprozess bis zu externen Faktoren reichen, wie z. B. Aufladung und Arbeitsumgebung, sind dafür verantwortlich.

Herstellungsfehler

An erster Stelle in der Liste der Ursachen, die Ihren Akku zum Boom bringen, steht die Qualität und der Prozess der Herstellung. Dies ist auch die Hauptursache dafür, dass billigere Akkus und Telefone dafür anfälliger sind. Die Herstellung einer Li-Ion-Zelle ist zwar kein Hexenwerk, dennoch muss eine gewisse Qualitätskontrolle eingehalten werden, da die verwendeten Materialien gefährlich und instabil sind (Lithium).

Billigere Batterien verwenden im Allgemeinen einen Separator von minderer Qualität, der sich schnell verschlechtert und einen Kurzschluss verursacht. Solche Batterien werden auch nicht in sauberen Umgebungen zusammengebaut, was zur Ablagerung von Partikeln um die Anschlüsse führt, was wiederum zu einem Kurzschluss führt. Das äußere Gehäuse ist auch nicht bis zur Marke und ist nicht ausreichend, um stumpfe Kräfte und Stöße auszuhalten.

Ladeverfahren

Sie möchten Ihr Telefon über Nacht aufladen oder bis zu 1% entleeren? Wenn Sie beides tun, sorgen Sie sich nicht, es wird Ihr Telefon nicht anstoßen, sondern nur die Gesundheit Ihres Akkus im Laufe der Zeit beeinträchtigen. Li-Ionen-Akkus sind im Bereich von 3, 7 bis 4, 2 Volt ruhig, aber wenn sie über 5 Volt aufgeladen oder unter 3, 2 Volt entladen werden, werden sie provoziert.

Alle Smartphones haben heutzutage integrierte Schaltkreise, um die Spannung zu vermeiden, die über die Grenzen hinausgeht. Aber auch diese Schaltkreise sind in billigeren und nicht standardmäßigen Versionen erste, die kaputt gehen. Nicht-Standard-Ladegeräte sind ebenso gefährlich, zumal es sich um die Stromversorgung handelt, die für Sie und Ihren Akku lebensgefährlich sein kann.

iPhone-Benutzer: Wir haben einen speziellen Leitfaden für das richtige Aufladen von iPhones.

Körperlicher Schaden

Wenn wir uns die Geschichte der gebratenen Telefonhüllen ansehen, wird die Hauptursache im Allgemeinen darin gesehen, dass die Batterie des Telefons nicht dem Standard entspricht oder falsch ist. Aber da ein iPhone der Täter im vorliegenden Fall ist, können wir das ausschließen. Was wie die wahrscheinliche Ursache aussieht, ist der harte Aufprall durch den Sturz, der zum Bruch des Abscheiders und zu einem großflächigen Kurzschluss führt. Aus diesem Grund raten wir Ihnen, Ihr Telefon nicht in Wut zu versetzen.

Batterie-Smasher

Zum Schluss sollte noch ein wenig über Hitze gesagt werden. Ein einwandfreier, hochwertiger Akku wird auch dann einem thermischen Durchgehen unterzogen, wenn die Außentemperatur über einen längeren Zeitraum hinweg über 60 Grad Celsius bleibt. Stellen Sie Ihr Telefon daher nicht für längere Zeit in der Nähe von Kaminen, Heizkörpern oder in der Sonne auf.

Die folgende Tabelle von BatteryUniversity führt Sie zu den sicheren Temperaturen.

Aber warum die Explosion?

Wenn aus einem der oben genannten Gründe Thermal Runaway auftritt, steigt die Wärme in der Batterie, ohne auf technische Aspekte einzugehen. Aufgrund des inhärenten Runaway-Phänomens kann die Wärme im Inneren bis zu 150 Grad Celsius erreichen.

Bei dieser Temperatur schmilzt der Separator zwischen den Blättern und verursacht in größerem Umfang einen Kurzschluss.

Der Schmelzabscheider und der überhitzte Elektrolyt erfahren einige überkomplexe chemische Reaktionen, die einige Gase erzeugen. Diese entstehenden Gase verursachen einen Druckaufbau in der Batterie, der letztendlich zu einer Explosion führt. Aber das ist nicht immer das Ergebnis, manchmal kann die Batterie einfach ausfallen und versagen.

1. Verwenden Sie einen Halon-, Halon-Ersatz- oder Wasserlöscher, um das Feuer zu löschen und seine Ausbreitung auf zusätzliche brennbare Materialien zu verhindern.

2. Nach dem Löschen des Feuers das Gerät mit Wasser oder anderen alkoholfreien Flüssigkeiten übergießen, um das Gerät abzukühlen und zu verhindern, dass zusätzliche Batteriezellen thermisch außer Kontrolle geraten.

Und in jedem unglücklichen Fall, in dem sich eine Batterie in Ihrer Nähe zur Selbstverbrennung entschließt, sollten die oben genannten Hinweise der FAA (PDF-Datei) befolgt werden, um das Feuer zu löschen.

Also, was haben wir gelernt?

Eine Sache, die wir daraus schließen können, ist, dass unterdurchschnittliche Batterien und Komponenten eine wichtige Rolle bei den Ausfällen spielen. Ebenso haften günstige Ladegeräte und Kabel. Ein längeres Anschließen des Telefons führt jedoch nicht dazu. Und absichtlich beschädigende Batterien, also solche, die unter die Kategorie Idiots at Work fallen, gegen die nichts unternommen werden kann. Außerdem wird jede Fehlfunktion des Akkus nicht zu TNT, manche sind nur gewölbt, lecken oder funktionieren nicht mehr.

Ich hoffe, dieser Erklärer hat die Frage im Titel wissenschaftlich beantwortet. Wenn Sie noch weitere brennende Fragen haben, können Sie uns gerne Kommentare zukommen lassen. Fröhliches und sicheres Aufladen.

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