چرا باتری‌های لیتیوم یونی منفجر میشوند؟ چگونه از این اتفاق جلوگیری کنیم؟

باتری‌های لیتیوم یونی در حال حاضر پرکاربردترین نوع باتری در دستگاه‌هایی هستند که از این روش تامین نیرو میشوند، که به واسطه‌ی فرآیند نسبتا آسان و هزینه‌ی به نسبت کم تولید از محبوبیت بالایی نزد سازندگان برخوردارند. اما این بدین معنا نیست که لیتیوم یون‌ها، باتری‌های بی عیب و نقصی هستند. اگر دنبال کننده‌ی اخبار فناوری باشید، مطمئنا در سال‌های اخیر متوجه اتفاقات ناگواری به واسطه‌ی مشکل این نوع از باتری‌ها شده‌اید. موردی که بیشتر از بقیه‌ی موارد سر و صدا به پا کرد، آتش گرفتن فبلت پرچمدار گلکسی نوت 7 سامسونگ بود که کمپانی کره‌ای با وجود تلاش زیاد نتوانست این مشکل را حل کند و در نهایت گلکسی نوت 7 یک رسوایی و البته یک شکست سنگین را برای سامسونگ رقم زد. مشکل آتش گرفتن و انفجار باتری‌های لیتیوم یونی گریبان‌گیر لپ تاپ‌های شرکت اچ پی نیز شد که این شرکت نیز با اعلام فراخوان، سعی در رفع مشکل نمونه‌های معیوب دارد. اما به واقع چرا باتری‌های لیتیوم یون دچار آتش‌سوزی میشوند؟ همراه شهر فافا باشید تا جواب این سوال را پیدا کنیم.

همان طور که گفته شد، اکثر گجت‌های قابل حمل امروزی، یا بهتر بگوئیم تمام آنها اعم از گوشی‌های هوشمند، لپ تاپ‌ها، تبلت‌ها و غیره به باتری‌های قابل شارژ لیتیوم یون مجهزند. علاوه بر این، از باتری‌های لیتیوم یون در ماشین‌های برقی و هواپیماها نیز استفاده میشود. بنابراین نقش مهم و بسیار موثر این باتری‌ها در دنیای فعلی تکنولوژی غیر قابل انکار است.

ساختار یک باتری لیتیوم یونی

درون باتری‌های لیتیوم یون چه می‌گذرد؟

برای درک بهتر باتری لیتیوم یون دستگاه خود، باید بفهمیم که این باتری‌ها از چه اجزایی تشکیل شده اند و چه چیزهایی باعث بروز مشکل در این باتری‌ها میشوند. درون هر باتری لیتیوم یونی، دو الکترود مثبت و منفی وجود دارد که الکترود مثبت به کاتد و الکترود منفی به آند متصل است. این دو الکترود نباید با یکدیگر تماس داشته باشند به همین دلیل از یک پلاستیک نازک حفره دار بین این دو الکترود استفاده میکنند. زمانی که شما یک باتری لیتیوم یون را شارژ میکنید، یون های لیتیومی توسط جریان الکتریسیته از کاتد منتقل میشوند و به واسطه ی سیال هدایت الکتریکی، از جدا کننده عبور میکنند تا به آند برسد. زمانی که باتری در حال استفاده و به اصطلاح در حال دشارژ شدن است، فرآیندی دقیقا برعکس چیزی که زمان شارژ شدن اتفاق میفتاد، رخ میدهد و یون‌ها از آند به سمت کاتد سرازیر میشوند. این سیستم برای تمام دستگاه‌های مجهز به باتری‌های لیتیوم یون مشترک است. در باتری‌های لیتیوم یون کوچک تر، مانند نمونه‌هایی که در گوشی‌های هوشمند استفاده میشوند تنها یک سلول لیتیوم یون وجود دارد اما برای دستگاه‌های بزرگ‌تر مانند لپ تاپ‌ها، از باتری‌هایی با تعداد 6 الی 12 سلول لیتیوم یون استفاده میشوند. در نهایت برای ماشین‌های برقی یا هواپیماها از باتری‌های لیتیوم یونی چند صد سلولی استفاده میشود. بنابراین هر چقدر دستگاه بزرگ‌تر و نیازمند انرژی بیشتر باشد، مطابق آن تعداد سلول‌های باتری نیز افزایش پیدا میکند.

هواپیمای بوئینگ 787 خطوط هوایی ژاپن که باتری لیتیوم یونی آن دچار حریق شد

عامل انفجار باتری‌های لیتیوم یونی چیست؟

وظیفه‌ی همه‌ی باتری‌ها ذخیره‌ی انرژی است و لیتیوم یون‌ها این کار را به خوبی انجام میدهند. زمانی که شارژ باتری پر باشد، باتری در طول روز مقدار انرژی مورد نیاز را به تدریج آزاد میکند تا دستگاه شما کار کند. اما وقتی تمام انرژی به یک باره آزاد شود، انفجار حاصل میشود. اکثر باتری‌های لیتیوم یون زمانی آتش میگیرند یا منفجر میشوند که دچار اتصال کوتاه شوند. این اتفاق معمولا زمانی رخ میدهد که پلاستیک جدا کننده‌ی الکترودها کار خود را به درستی انجام ندهند و آند و کاتد به یکدیگر متصل شوند. با اتصال این دو الکترود به یکدیگر، بلافاصله دمای باتری شروع به افزایش میکند و افزایش بیش از حد مجاز یک باتری لیتیوم یونی قطعا آتش گرفتن آن را به دنبال دارد. اما چه چیز باعث کارکرد نادرست پلاستیک جدا کننده‌ی موجود در داخل باتری‌های لیتیوم یون میشود؟ دلایل اصلی این اتفاق بدین شرح است:

عکس سی تی اسکن یک باتری لیتیوم یونی که از نقص در ساخت برخوردار است

طراحی نادرست و نقص در تولید: طراحی بد یک باتری لیتیوم یونی همان فاجعه‌ای را به بار می‌آورد که گریبان گلکسی نوت 7 سامسونگ را گرفت. پس از تحقیقات فراوان سامسونگ متوجه شد که فضای کم لحاظ شده برای الکترودها و جداکننده‌ی دو الکترود باعث بروز مشکل در باتری پرچمدار شکست خورده‌ی این شرکت شده است. با شارژ شدن دستگاه، کمی اندازه‌ی باتری بیشتر میشود و با اتصال الکترودها، آتش سوزی حاصل میشود. اما جدا از طراحی غلط، کنترل کیفیت نامناسب حین تولید نیز میتواند باعث بروز مشکلی مشابه شود. سامسونگ در گلکسی نوت 8 با کاهش ظرفیت باتری، فضای مورد نیاز را افزایش داد و همین باعث شد تا فاجعه‌ی نسل قبل تکرار نشود.

مشکلات شارژر: یک شارژر بی‌کیفیت و تقلبی قطعا میتواند باعث یک فاجعه شود و همان مشکل اتصال کوتاه را تکرار کند. شارژرهایی که توسط شرکت‌های بی نام و نشان تولید میشوند معمولا فقط ظاهر یک شارژر را دارند و استانداردهای لازم و تدابیر امنیتی در آنها صورت نگرفته است. اتصال کوتاه از این طریق نیز افزایش دمای باتری و در نهایت آتش گرفتن آن را به دنبال دارد. به همین دلیل شرکت‌ها اکیدا توصیه میکنند که کاربران از شارژرهای اصلی استفاده کنند. ضمن اینکه خطر برق گرفتگی هنگام استفاده از شارژرهای بی کیفیت نیز وجود دارد. باتری‌های لیتیوم یون خود دارای برخی از مکانیسم‌های امنیتی همچون قطع جریان شارژ هنگام فول شارژ شدن باتری هستند که همین مورد برای جلوگیری از افزایش بیش از حد دمای باتری بسیار کاربردی است.

پکیج باتری لیتیومی خودروی برقی تسلا اس

فرار حرارتی و چندگانه‌ی سلول‌ها: این مورد در باتری‌های تک سلولی، مانند باتری گوشی‌های هوشمند اتفاق نمیفتد اما زمانی که پای باتری‌های چند سلولی در میان باشد، فرار حرارتی به یک معضل جدی تبدیل میشود. در این معضل، کافیست یک سلول دچار مشکل و افزایش حرارت شود تا گرمای خود را به سلول‌های دیگر باتری نیز منتقل کند. بدین ترتیب تمام سلول ها دچار افزایش دما میشوند و چنین مشکلی برای باتری‌هایی با تعداد سلول‌های زیاد، مانند باتری‌های چند صد سلولی موجود در ماشین‌های برقی همچون تسلا اس میتواند یک فاجعه را به دنبال داشته باشد.

با اتفاقات ناخوشآیندی که به واسطه‌ی باتری‌های لیتیوم یون در چند سال اخیر رخ داده، شرکت‌ها با جدیت بیشتری سعی بر افزایش امنیت این ذخیره کننده‌های انرژی دارند. با وجود چنین مشکلاتی، باتری‌های لیتیوم یون همچنان بهترین و در دسترس‌ترین گزینه برای سازندگان هستند که پس از چندین سال، حالا به سطح بلوغ مناسبی رسیدند. بهبود کنترل کیفیت باتری‌ها تا حد زیادی خطر آتش گرفتن آنها را از بین میبرد. سامسونگ با همین اقدام و کنترل چند مرحله‌ای توانست مشکل باتری را در گلکسی نوت 8 به طور کامل رفع کند. با این حال انتظار میرود در آینده‌ی نزدیک، شرکت‌ها با استفاده از باتری‌های سه بعدی معضل امنیتی باتری‌ها را به طور کامل رفع کنند.