Если вы не жили под высоковольтным трансформатором, вы слышали о том, что последний телефон Samsung, Note7, может без предупреждения превратиться в маленькую карманную гранату. С более чем 2,5 миллионами существующих устройств это создает головную боль для компании и ее потребителей.
Они быстро связали проблему с неисправными литий-ионными аккумуляторами и начали их замену, при этом выпустив обновление прошивки, чтобы остановить зарядку при 60-процентной емкости. Но после того, как 5 сменных телефонов загорелись, Samsung полностью убила Note7. Теперь на всех телефонах Note7 действует Total Recall, и они больше не продаются. Если он у вас есть, вы должны немедленно его отключить. И даже не думайте привязывать его к гарнитуре VR - Oculus его больше не поддерживает. При необходимости Samsung даже отправит вам огнеупорную коробку и защитные перчатки для возврата.
Каждая авиакомпания транслирует предупреждения о том, что нельзя включать и заряжать Note 7 в самолете.
Следует отметить, что проблема затрагивает только 0,01% телефонов, так что они точно не подожгут мир. Тем не менее, это вызвало еще одну дискуссию о безопасности технологии литий-ионных аккумуляторов.
Всего несколько месяцев назад мы все слышали о тех ховербордах, которые могли загореться. В этих сомнительно спроектированных (и плохо названных) игрушках также использовались литий-ионные батареи, и они были источником проблемы возгорания. После этого можно подумать, что все компании, производящие продукты с литий-ионными батареями, будут особенно осторожны. И Samsung не выскочка в электронной индустрии - для них это должно быть решаемой проблемой.
Почему это произошло? Как обстоят дела с литий-ионными аккумуляторами? Присоединяйтесь ко мне после перерыва, чтобы ответить на эти вопросы.
Литий
Нет, мы не о песне из Nirvana. Мы говорим о чем-то гораздо более крутом - о третьем элементе периодической таблицы! Литий относится к группе щелочных металлов. Все элементы в группе имеют один валентный электрон, который он легко теряет. Это делает элементы этой группы очень реакционноспособными. Когда атом лития теряет электрон, атом становится положительно заряженным ионом.
Посмотрите, что произойдет, если бросить чистый литий в воду. Электроны отрываются от атомов лития и вызывают электролиз воды. Он распадается на группы H и OH, причем группы OH имеют отрицательный заряд. Это вызывает ионную связь с положительными ионами лития с образованием гидроксида лития, а оставшиеся связи H связываются вместе, в конечном итоге образуя газообразный водород. Гидроксид лития растворяется в воде и сразу же распадается на ионы.
Короче говоря, литий очень реактивен, потому что он так легко теряет электроны и образует положительные ионы. И это очень удобно, когда мы хотим получить электрический ток!
Литий-ионный аккумулятор
BGR сообщил об этом хрустящем Note 7 еще в первую неделю сентября
Использование лития для батареи не представляет никакой сложности. В наши дни литий-ионные аккумуляторы можно найти практически везде. От телефонов до ноутбуков и планшетов… даже от электромобилей. Батареи работают так же, как обычные свинцово-кислотные батареи, но имеют гораздо более высокую плотность энергии.
Они состоят из множества слоев пар катод/анод, где катод представляет собой оксид металла лития, а анод - графит. Электролит представляет собой соль лития, растворенную в органическом растворителе. Каждый катодный/анодный слой разделен так называемым сепаратором.
Электролит переносит ионы лития через сепаратор между анодом и катодом. Сепаратор представляет собой проницаемую мембрану, которая позволяет проходить крошечным ионам, сохраняя при этом анод и катод физически разделенными. Во время зарядки ионы лития перемещаются с металлического литиевого катода, проходят через сепаратор и накапливаются в графитовом аноде. Во время разряда ионы возвращаются к катоду.
Проблема
Теперь, когда у нас есть общее представление о том, как работают ионно-литиевые батареи, мы можем начать понимать, как они могут выйти из строя.
Самой большой ошибкой, очевидно, является разделитель. Если возникнет проблема с сепаратором, из-за которой анод и катод соприкоснутся, произойдет что-то плохое. Добавьте к этому тот факт, что электролит является органическим растворителем (большинство органических растворителей легко воспламеняются), и вы получите проблемы.
Смотрите, что происходит, когда [JerryRigEverything] начинает копаться внутри аккумулятора Note 7. Честно говоря, он получил бы тот же результат с любой литий-ионной батареей. Однако, как вы видите, когда он протыкает мембраны, происходит сильный ток, который воспламеняет органический растворитель. И мало что можно сделать, чтобы остановить это. Это присуще литий-ионным аккумуляторам.
Что касается Note 7, похоже, что они слишком далеко продвинули литий-ионную технологию, пытаясь втиснуть как можно больше энергии в маленькое пространство. Samsung сообщил об производственной ошибке, которая «оказала давление на пластины, содержащиеся в элементах батареи, что привело к соприкосновению отрицательных и положительных полюсов».
Решение
Одна вопиющая оплошность заключается в том, что батарея в Note 7 не подлежит замене потребителем. Представьте, как легко было бы это исправить, просто отправив всем новые батареи и настроив процесс сбора старых. Вместо этого Samsung теперь необходимо перерабатывать все компоненты всего телефона… 2,5 миллиона раз.
Другие решения, меняющие отрасль, включают использование более безопасных форм производных лития, таких как фосфат лития-железа. Аккумуляторы LFP имеют плотность энергии на 14% ниже, чем типичные литий-ионные аккумуляторы, но намного безопаснее. Атомы кислорода в катоде гораздо труднее удалить, что придает ему лучшую термическую и химическую стабильность. Еще одно интересное замечание, не связанное с безопасностью, заключается в том, что они разряжаются при постоянном напряжении 3,2 В, что снижает потребность в энергоемких стабилизаторах напряжения.
Но рынок потребительских телефонов - это кровавый спорт, и время автономной работы обычно является жалобой номер один пользователей телефонов Android. Уменьшить плотность энергии для более безопасной батареи - очень сложная задача для команды инженеров. Что ж, раньше инженерам было нелегко - этот инцидент должен изменить ситуацию. Но опять же, то же самое мы думали и о ховербордах.
Окончательное решение требует крупного прорыва. Это может происходить с одной из двух сторон: революционная технология аккумуляторов, которая преодолевает потолок удельной мощности и снижает риск химической катастрофы в вашем кармане, или снижение энергопотребления на порядки величины, которое устраняет необходимость носить с собой такие чертовы аккумуляторы. много лития в таком маленьком корпусе.
Источники
Основное изображение - один из самых ранних отчетов, публикация на Baidu от 24 августа 2016 года.