Vad får ett telefonbatteri att explodera?

Exploderande batterisamtal är något du inte kan undkomma just nu, tack vare ett problem med Samsung Galaxy Note 7. Det är bra diskussion att ha: ju fler människor pratar om det, desto mindre troligt är det för ett barn att bli skadad av en batterifel. Så mycket som vi hatar att se en produkt som vi gillar att uppleva säkerhetsproblem, vi hatar att se människor bli skadade mycket mer.

Men Note 7 är inte den första telefonen som någonsin har gått igenom batteriproblem, och den kommer inte att vara den sista. Det kommer alltid att finnas isolerade incidenter av batterier som misslyckas så länge vi använder telefoner med litiumjonceller, och Note 7 är inte den första telefonen vars batteri behövde ett stort återkallande eftersom något är fel under huven - lika länge Nokia fans vet för väl. Det händer. Det är aldrig bra, men det är en sak. Låt oss prata om varför det kan hända.

Så fungerar telefonbatteriet

Det första vi behöver förstå är hur exakt litiumjonbatteriet i din telefon fungerar. Namnet ger oss en ledtråd - el transporteras från en elektrod till en annan med laddade litiumjoner.

Elektricitet möter kemi möter metallurgi - det är det som möjliggör ett batteri.

Litiumjonbatterier lagrar, överför och släpper energi på grund av naturliga kemiska reaktioner. Batteriet har två elektroder - en anod och en katod. Katoden är ansluten till den positiva (+) anslutningen på batteriet och håller positivt laddade joner, och anoden är ansluten till den negativa (-) anslutningen och håller (du gissat det) negativt laddade joner.

Mellan de två elektroderna är det som kallas en elektrolyt. Elektrolyten i ett litiumbatteri är (vanligtvis) en organisk lösningsmedelspasta som har ett mycket stort antal metalliska salter (i de flesta fall är metallen litium) som en del av sin smink. Detta gör den elektriskt ledande - el kan passera genom den. Anoden och katoden är i elektrolyten och separeras av en fysisk barriär så att de inte kan röra.

När du laddar ur batteriet (när du använder din telefon och inte laddar den) skjuter katoden de positivt laddade jonerna bort och den negativt laddade anoden lockar dem. Elektricitet flyter ut från anoden, via din enhet och sedan tillbaka till katoden. Ja, el reser genom en slinga och "används inte" av det som drivs. När du laddar din telefon sker det omvända och joner reser från katoden genom elektrolyten till anoden.

Litium är det perfekta elementet för uppladdningsbara batterier: Det är lätt, lätt att ladda och håller en laddning under lång tid.

När dessa joner kommer i kontakt med de laddade atomerna i en elektrod, frigör en elektrokemisk reaktion som kallas oxidationsreduktion (redox) de laddade elektronerna att resa ut genom batterikontakterna, som är anslutna till elektroderna. Detta fortsätter att ladda litiumjonerna i elektrolyten tills det inte finns tillräckligt kvar som kan hålla en positiv laddning som är tillräckligt stark för att röra sig genom elektrolytpastan, och ditt batteri laddas inte längre.

Litium är den lättaste metallen - nummer tre på det periodiska bordet. Det är också väldigt spännande, vilket gör det enkelt att skapa en kraftfull kemisk reaktion. Detta gör det till en nästan perfekt metall att använda i ett bärbart laddningsbart batteri. Det är lätt, lätt att ladda och fortsätter att hålla en laddning under lång tid.

Vad kan få ett batteri att explodera?

Till att börja med, låt oss definiera vad explodera betyder i detta fall. Elektrolytpastan i ett litiumjonbatteri är extremt flyktig. Den kan (och kommer) reagera våldsamt på andra metaller och har en mycket låg (180 grader celsius) smältpunkt. Inuti ett tätat batterihölje kan det alstrade trycket byggas upp tills höljet brister och sedan snabbt fly. Trycket ger extremt heta elektrolytvätskor som kan orsaka andra saker att ta eld. Vissa litiumbatterier ventileras med ett utloppshål så att de inte brister under tryck. När batterihöljet brister och överhettad vätska fylld med smält metall utdrivs under tryck orsakar det en explosion.

Det finns två enkla sätt att få ett litiumbatteri att explodera - värme och fysiska skador. Låt oss titta på båda.

Överhettning och överladdning

Detta är den vanligaste orsaken till att ett batteri misslyckas. Något går fel i laddningskretsen och ingångskraften fortsätter att driva den kemiska reaktionen. En plats i batteriet blir så småningom för varmt och eftersom det fortfarande laddas kan det inte svalna, vilket orsakar det som kallas termisk språng.

I detta fall börjar den heta delen att generera sin egen värme, vilket gör att andra områden i elektrolyten överhettas, och de får fler fläckar i batteriet att överhettas. Värmen expanderar elektrolyten och skapar ånga, bygger tryck tills batterihöljet delas ut och tvingar ut allt tryck och lite väldigt het, väldigt klibbig (och mycket brandfarligt när den utsätts för luften) slemlös vätska.

En termisk språng kan ske tillräckligt snabbt så att du inte ens känner av värmen innan batteriet går sönder.

När ett sådant brott inträffar kan det orsaka fysiska skador på saker som ligger nära den - när du håller en telefon, kretskort och glas eller plast. Dessa material kan också ta eld från värmen, vilket i sin tur får den rymda elektrolyten att antända och fungera som napalm - eld som fastnar vid saker tills den brinner igenom dem eller bränner sig själv ut.

Den termiska utrullningsprocessen kan hända mycket snabbt, och saker kan gå från "normalt" till katastrofalt fel i batteriet innan värmen till och med överförs via din telefon till dina händer. Tack och lov har hundratals miljoner litiumbatterier som produceras varje år en extremt låg (nästan statistiskt obetydlig) felfrekvens på grund av termisk språng, delvis på grund av säkerhetsåtgärder (krävs prenumeration) som icke-brandfarliga tillsatser till elektrolyt och beläggningar.

När din telefon säger att det är för varmt och att det inte laddas eller körs i full hastighet, måste den svalna så att termisk språng inte händer. Lyssna på den lilla pop-up och låt den svalna.

Mekanisk skada

Litiumbatterier är utformade för att vara lätta, ge hög effekt och vara lätta att ladda. Detta innebär att det yttre skalet och spärren som skiljer elektroderna är mycket tunna och lätta, med större delen av vikten från de delar som faktiskt kan driva din telefon.

Eftersom partitionerna och fodralet är tunna är de ganska lätta att punktera eller riva. Om själva batteriets struktur skadas på ett sätt som får elektroderna att röra kommer en kortslutning att inträffa. Den omedelbara elektriska urladdningen är explosiv, vilket kan (och kommer) värma elektrolyten och skapa tryck för att pressa den ut genom eventuella brister i batterilådan. Det är varmt, det är brandfarligt och det är i kontakt med en gnista. Det är ett recept på katastrof.

Det är varmt, det är brandfarligt och det är i kontakt med en gnista. Det är ett recept på katastrof.

Ett tunt hölje är också en säkerhetsåtgärd, även om det låter galen. Tunnare metall är lättare att brista, så mindre tryck kan generera i ett tätat hölje - i huvudsak skapa ett ventilationshål. Att trycka ut brandfarlig het vätska under tryck är inte bra. Att låta mer tryck byggas tills det brister i ett tjockare fall är värre.

Andra metaller som kommer i kontakt med elektrolytpastan kan också skapa en gnista som leder till fel. Jag låter dig själv söka på YouTube för att se otroligt dumma människor som punkterar telefonbatterier för att få dem att explodera. Reaktionen på främmande metall gör samma sak som en kort men i mindre skala.

Vad sägs om not 7?

Bildkredit redditer användare krossare

Till att börja med vet ingen utom Samsung varför batterier i vissa Note 7s har exploderat. De skickade ut ett kort uttalande via Storbritannien, en division som inte riktigt vettigt. Formuleringen "anoden till katoden kom i kontakt" låter som om de beskriver en kort, men som skriven betyder det ingenting. Jag kommer inte att försöka tolka något som inte är tydligt i ett fall som det här. Men jag kan säga vad jag tänker som en fåtölj quarterback som aldrig har sett en Note 7 explodera eller inspekterat en som exploderat på egen hand, en situation där anodens shorts till katoden gör det mest meningsfullt.

Eftersom människor har rapporterat att Note 7-batteriet misslyckas utan att det är anslutet och stora delar av telefonerna som vi ser på bilder inte bränns, kommer jag att anta att det inte är en termisk språngssituation, även om Health Canada uttryckligen säger ensam misslyckandet i Kanada var från överhettning,

Alla utanför Samsung kan bara göra en utbildad gissning om vad som händer.

En termisk bortkörningssituation är inte så "omedelbar" som en direkt kort, och den upphetsade elektrolytlösningen skulle ta längre tid att lämna ett bristerbatteri och fortsätta sedan efter att en explosion brast fallet. Mer än bara en del av telefonen skulle brännas, liksom andra föremål i närområdet. En värmeexplosion skulle också orsaka att batteriet sväller innan det flexibla höljet brast, och utan utrymme för expansion, skulle det svullna batteriet spricka det yttre skalet på telefonen. Det finns videor på YouTube som visar hur detta händer, och här är ett bra (om än gammalt) exempel på att någon kringgår säkerhetsåtgärderna för att få det att hända. Någon skulle ha nämnt att telefonen svällde upp innan den blåste, skulle jag tro.

Jag tror inte heller att några främmande föremål eller tillverkningsrester kommer i kontakt med elektrolyten. Jag vet att detta är en populär teori, men om en mängd batterier (vi är inte ens säkra på hur stor en "batch" är i det här fallet) alla har små partiklar i elektrolyten, skulle vi se mycket mer Not 7s exploderande.

En kort inuti batteriet eller i laddningskretsen i kombination med en elektrolyt som har behandlats med icke-brandfarliga tillsatser verkar mer troligt för mig. En snabb explosion som frigör en liten mängd tryck och vätska på en gång kan snabbt brinna ut sig själv om ingenting var i kontakt med telefonen. När telefonen är i kontakt med något som är brandfarligt, säger en Jeep-säte, kan det orsaka brand.

Naturligtvis kan det finnas många andra faktorer som vi inte vet om. Tillverkningsprocessen som används för att skapa ett litiumjonbatteri för en telefon gör dem mycket säkra att använda. Men det finns också mycket som kan gå fel.

En preliminär rapport från Samsung till koreanska regulatorer beskyldade ett produktionsfel som förde plattor i batteriet i kontakt, vilket utlöste "överdriven värme." I rapporten konstaterades att mer analys behövdes för att fastställa den exakta orsaken.

De ursprungliga slutsatserna indikerar ett produktionsfel som placerade tryck på plattorna i battericeller. Det gav i sin tur negativa och positiva poler i kontakt, vilket utlöste för mycket värme. Samsung betonade dock att det behövdes göra en mer ingående analys för att fastställa "den exakta orsaken" till skador på batteriet.

Vad vi vet om Note 7 och dess batteri

Vi har ingen aning om vad som händer med Note 7 och inte heller någon utanför Samsung. Men vi kan göra en utbildad gissning baserad på de lilla bevis vi är intresserade av. Och till slut spelar det ingen roll. Not 7 har fastställts av Samsung för att vara felaktig och vi ska alla sluta använda dem och returnera dem. En ersättning utan problemet är i produktion och är redan på väg till försäljningskanalen. Vi behöver inte veta varför det exploderar för att veta att vi ska bli av med det.

Samsung rekommenderar att du stänger av din Note 7 och slutar använda den.

Samsung och din operatör (eller andra återförsäljare som Target eller Best Buy) har policyer och metoder på plats som gör att du kan returnera din Note 7 utan att förlora några pengar. Vissa erbjuder låneapparater du kan återvända när korrigerade Note 7-telefoner tar sig till hyllorna, medan andra helt enkelt erbjuder en direkt återbetalning. Endera alternativet är bättre än att riskera din hand eller ditt ansikte om batteriet inte fungerar.

Vi har sammanställt allt du behöver veta på ett ställe, och vi svarar gärna på alla frågor vi kan i kommentarerna eller på sociala medier.

Samsung Galaxy Note 7 minns: Allt du behöver veta