Nors atrodo, kad telefono sprogimas – tikra keistenybė, reikia pasakyti, kad cheminės reakcijos, užtikrinančios akumuliatoriaus veikimą, lygiai taip pat gali sukelti ir degimo procesą.
Mobiliųjų telefonų gamintojai „Samsung“ šios pamokos tenka mokytis itin skausmingu keliu. Visiškai neseniai bendrovei teko atšaukti rinkai pristatytą naująjį „Galaxy Note 7“ telefoną, kai paaiškėjo jo akumuliatoriaus keliami pavojai.
Jei akumuliatorius sprogsta, vadinasi, jo gamintojas nesugebėjo užtikrinti, kad sprogimo neįvyks. Kaltę dėl sprogstančių akumuliatorių galima suversti įmonėms, visomis išgalėmis siekiančioms kone neįmanomos technologinės pažangos. Kadangi telefonų ekranai tampa vis didesni, o patys telefonai – vis galingesni, jie naudoja vis daugiau energijos. Deja, retas kuris noriai susitaikytų su trumpesniu akumuliatoriaus veikimu arba ilgiau trunkančiu jo įkrovimu.
Kaip tvirtina medžiagotyros specialistas iš Kornelio universiteto Lyndenas Archeris, jau pavyko užtikrinti beveik 90 proc. apskritai teoriškai įmanomą maksimalią ličio jonų akumuliatoriaus veikimo trukmę, todėl telefonų gamintojai ir toliau tobulina technologiją, kad kaip nors išgautų dar bent kiek papildomos energijos. „Tai jau primena ginklavimosi varžybas: kiekvienas išmaniųjų telefonų gamintojas siekia pasiūlyti kuo ilgiau veikiantį akumuliatorių“, – sako L. Archeris.
Anot jo, dėl šios priežasties per didelė akumuliatorių įkrova tampa vis labiau tikėtina, todėl panašu, kad išgirsti apie tokio pobūdžio technikos triktis ilgainiui taps įprasta.
„Galaxy Note 7“ defektą „Samsung“ aiškina tuo, kad kai kurių įrenginių akumuliatoriuose įvyko elementų, kurie turi būti atskirti vienas nuo kito, kontaktas. Vis dėlto yra ne vienas būdas, kaip sukelti įkraunamojo ličio jonų akumuliatoriaus trumpąjį jungimą. Paprastai taip nutinka tada, kai įrenginiams keliami per aukšti reikalavimai.
Ličio jonų akumuliatoriai naudojami beveik visuose išmaniuosiuose telefonuose ir elektronikos įrenginiuose. Litį inžinieriai pasirinko todėl, kad jis lengvas ir gali išlaikyti nemažai energijos.
Norint suprasti, kaip užtikrinti akumuliatoriaus saugumą, būtina žinoti, kaip jis veikia. Priešingose pusėse yra du elektrodai arba, kitaip sakant, elektros laidininkai. Vienas elektrodas generuoja teigiamus jonus ir yra vadinamas katodu. Katodas yra pripildytas ličio. Čia ir kaupiama energija. Priešingoje pusėje esantis elektrodas generuoja neigiamus jonus. Jis vadinamas anodu.
Kai akumuliatorius įkraunamas, ličio jonai keliauja iš katodo į anodą. Kai akumuliatorius naudojamas, ličio dalelės juda priešinga kryptimi. Viduryje yra cheminiai junginiai, vadinami elektrolitais, kurie praleidžia srovę padėdami jonams lengviau nukeliauti iš vienos pusės į kitą. Nors jonai ir turi judėti iš vieno galo į kitą, anodas ir katodas susiliesti negali, nes jie nukreiptų energiją elektrolitams. Kad taip neatsitiktų, akumuliatorių gamintojai tarp katodo ir anodo įterpia tam tikrus separatorius.
Per didelė arba greita įkrova
Būtent tai ir buvo „Galaxy Note 7“ nesėkmės priežastis: dėl netinkamai veikiančių separatorių priešinguose poliuose esantys elektrodai susilietė vienas su kitu. „Tai pats prasčiausias scenarijus, koks tik gali nutikti, nes tokiu atveju užsidegimas beveik neišvengiamas, o dažnai gali kilti ir sprogimas“, – sako L. Archeris. Įvykus elektrodų kontaktui, visa į akumuliatorių patekusi energija nukreipiama tiesiai į viduryje esančius elektrolitus, o ne į skirtinguose galuose esančius elektrodus.
Elektrolitai nepasižymi ypatingu stabilumu, o jų paspartintas judėjimas taip pat mažina stabilumą. Kai temperatūra gana aukšta (pavyzdžiui, įvykus dviejų elektrodų kontaktui arba tiesiog todėl, kad yra karšta), elektrolitai gali sureaguoti su kitais cheminiais elementais. Tada susidaro dujos ir išskiriama dar daugiau šilumos. Kaskart įvykus cheminei reakcijai, dujos išskiria vis daugiau ir daugiau šilumos. Šis procesas vyksta vis sparčiau ir sparčiau. Taip sukuriamas nekontroliuojamas teigiamos energijos ciklas – nekontroliuojamas šilumos kilimas, galintis baigtis užsidegimu.
Kaip tik dėl šios priežasties daugelis telefonų, pasiekę labai aukštą temperatūrą, automatiškai išjungiami. Yra ir kitų akumuliatorių sprogimus sukeliančių veiksnių. Gedimas gali įvykti, jei viršijamas maksimalus įkrovos lygis arba inicijuojamas per spartus krovimo procesas.
Per daug įkrauti – tai tas pats, kas pilti į kibirą per daug vandens. Nesvarbu, ar vandenį pilsite greitai, ar net labai lėtai, – kai kibiras bus pilnas, vanduo ims lietis per kraštus. Jei kalbėsime apie akumuliatorius, per didelė įkrova įvyksta tada, kai per daug ličio nukeliauja iki anodo. Taip neturėtų nutikti, jei telefonas ištisą naktį bus prijungtas prie elektros tinklo, nes daugeliu atvejų akumuliatoriaus perkrovai kelias užkertamas automatiškai. Jei toks apsaugos mechanizmas nesuveikia, kaltę turėtų prisiimti akumuliatoriaus gamintojas.
Medžiagotyros specialistas iš Prinstono universiteto Danas Steingartas akumuliatorių lygina su gumos juosta. Anot jo, įkraudami akumuliatorių tarsi tempiate gumą, o kai jį naudojate – gumą atleidinėjate. Lygiai kaip gumos juosta gali trūkti, jei įtempsite ją per stipriai, taip ir akumuliatorius suges, jei į vieną jo galą priplūs per daug energijos.
Kuria neužsidegantį elektrolitą
Problemų gali kilti ir tada, jei procesas bus pernelyg spartus. Bandymas įkrauti akumuliatorių tiekiant į jį per intensyvią srovę gali sutrikdyti vadinamosios sparčiojo įkrovimo technologijos veikimą. (Nors „Samsung“ atveju tokios trikties neįvyko, visgi reikia pasakyti, kad „Samsung“ akumuliatoriuose pritaikyta sparčiojo įkrovimo technologija.) Jei kroviklis kuriuo nors aspektu bus nesuderinamas su akumuliatoriumi, gali kilti akumuliatoriaus trumpasis jungimas. Norint to išvengti, reikia pasirūpinti, kad kroviklis ir akumuliatorius atitiktų vienas kito charakteristikas.
Dėl viršijamo maksimalaus įkrovos lygio arba per intensyvaus krovimo gali prasidėti procesas, vadinamas dengimu. Įsivaizduokite akumuliatorių kaip dvi dėžutes kiaušiniams. Ličio jonai turi įveikti atstumą tarp abiejų dėžučių, kad saugiai patektų į vidų, sako D. Steingartas. Jei akumuliatorius bus įraunamas lėtai, pirmyn atgal keliaujantis litis turės pakankamai laiko rasti vietą dėžutėje. Bet jei jis bus varinėjamas per greitai arba jo tiesiog bus per daug, litis ims telktis šalia dėžutės, o vėliau – ant jau esančio ličio. Taigi, kaskart įkraunant akumuliatorių formuosis į adatas panašios ličio ataugos, kurios gali sukelti akumuliatoriaus trumpąjį jungimą.
Dar viena įprasta trumpojo jungimo priežastis – akumuliatoriaus talpos didinimas didinant įtampą. Šios taktikos imasi ne viena įmonė. Įtampa – tai tam tikras galingumo rodiklis. Jei apie įtampą galvotume kaip apie krioklio aukštį, o apie srovę – kaip apie žemyn krentančio vandens kiekį, būtų lengviau suprasti, kad kuo didesnę įtampą pavyks užtikrinti, tuo didesnė bus akumuliatoriaus talpa, todėl gamintojai stengiasi ją padidinti litį papildydami tokiais elementais kaip nikelis. Tik esama ir kitos medalio pusės: kuo aukštesnė įtampa, tuo labiau tikėtina, kad dėl elektrolitų derinių akumuliatorius užsidegs.
Keletas mokslininkų bando sukurti elektrolitą, kuris taip lengvai neužsidegtų. Pasak „Nohms Technology“ dirbančio chemijos specialisto Surya Moganty, tokio tipo elektrolitams (joniniams skysčiams) būtina gerokai intensyvesnė šiluma, kad pradėtų skirtis degiosios dujus. Jie daug saugesni, nors neužtikrina labai ilgos akumuliatoriaus naudojimo trukmės.
Kol mokslininkai įgyvendins savo sumanymus, daugelis ir toliau turės naudoti ličio jonų akumuliatoriais maitinamus išmaniuosius telefonus. Pats faktas, kad kuriamų elektrolitų naudojimas pasiteisintų, yra didelis inžinerinis pasiekimas. Vis dėlto D. Steingartas laikosi nuomonės, kad ir juos naudojant įrenginiai nebūtų visiškai saugūs. Anot jo, bet kurį prietaisą, gebantį išlaikyti didelį kiekį energijos, būtų galima prilyginti veikiančiai bombai, nesvarbu, iš ko jis pagamintas. Akumuliatorių gamybos technologijos nuolat tobulėja, tačiau tikrai ne tokiu greičiu, kokiu auga mūsų apetitas, susijęs su greitu įkrovimu ir ilgu veikimu. Taigi, tik gamintojai gali nuspręsti, ar verta į tai atsižvelgti ir apsaugoti mus nuo to, ką per savo neišmanymą labiausiai vertiname.
