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手机电池安全问题再引热议 新技术引发续航危机

2016-09-26

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    慧聪安防网讯 9月9日消息,据外媒报道,最近Note7庞大的召回计划再次让手机电池爆炸成为人们关注的焦点,那么其背后有什么原因和科学道理吗?

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手机电池安全问题再引热议新技术引发续航危机

    如果手机电池爆炸,责任往往要厂家来背,因为它们没能在生产过程中稳定电池的化学性质。同时,专家认为电池爆炸也可能是厂商将电池技术推向极限的结果。随着屏幕的变大、处理器的变快,智能设备对电池的要求越来越高,而大容量和高速快充这两个元素让电池的压力越来越大。

    美国康奈尔大学的材料科学家林登认为,从理论上来讲,我们已经释放了电池90%的潜力,即续航时间已经达到极限值的近90%。因此,各大厂商现在的努力都是在榨取电池的极限潜能。“为了让自家产品获得更好的续航,各家厂商简直就是在搞军备竞赛,”林登说道。“这种趋势正在造成另一种结果,各家厂商的电池普遍都会过度充电,因此发生事故的几率正在不断上升。”

    原因1:阴阳两极亲密接触

    三星Note7电池爆炸是因为在部分手机上,原本不能互相接触的电池阴阳两极触碰到一起。不过,这只是引起爆炸的原因之一,锂离子电池爆炸也有其他常见的原因,而这主要是因为我们对手机性能要求越来越高。

    要解释电池爆炸的相关科学原理,我们首先要了解电池的工作原理。电池上都有两个电极,其中一个电极含正电离子,被称为阴极。阴极里充满锂元素,它是“燃料”存储的地方。另一个相对的电极含负电离子,被称为阳极。

    在充电过程中,锂离子会从阴极移动到阳极。而电池在使用过程中(放电),锂离子的运动方向则正相反。阴阳两级之间会存在一种名为电解质的化学物质,它能够帮助电离子移动,传导电流。虽然锂离子的运动的电池的主要做功方式,但它们不能“抄近路”,即正负两极不能接触。而为了防止这种情况发生,电池制造商一般会在阴阳两极之间放上隔板。

    而Note7的爆炸元凶正是这个隔板,隔板出现了缺陷,正负两极发生亲密接触,电能直接流向中间的电解质而非两侧的电极,随后就是“嘭”的一声——电池爆炸了。

    电解质本身其实并不稳定,因此电离子移动中也会受干扰变得不稳定。当有大量热量产生(无论是内部还是外部),电解质就有可能与其他物质发生化学反应,产生气体并释放更多热量。如果这一过程没能得到有效控制,就会产生“热失控”现象,随后等待电池的就是爆炸或起火。

    原因2:过度充电和充电过快

    这也是厂商在设备中加入过热关机机制的原因。不过这只是引起爆炸的一种原因,有时电池过度充电或充电过快也会引发危险。

    过度充电就像在桶中灌入过多的水。对水桶来说,水多了就多了,满了流出去就是,但电池可不行。过度充电时,会有过多的锂元素进入阳极。当然,普通人也不必担心,从理论上来说,你放在床头充了一夜的手机并不会有什么问题,因为厂商的设计会自动防止电池产生过充。真正导致电池出问题的原因是制造商在生产过程中的疏忽,它们的电池电路出了问题,无法阻止过度充电。

    普林斯顿大学材料专家斯坦加特表示,电池就像一个橡皮筋,充电时,就好像你在拉伸橡皮筋,而使用电池时,就好像在释放它。如果你将橡皮筋拉得太紧,它就会直接断掉。

    此外,充电过快也是造成爆炸的另一个原因。在短时间内向电池充入太多的电能必然会为电池带来巨大压力,如果电池发生短路,就会引起危险。

    如果把电池比喻为两个盛放鸡蛋的板条箱,那么充电时锂离子需要在这两个鸡蛋板条箱之间穿梭,以便稳妥地堆积在里面。如果缓慢充电,锂离子有足够的时间在板条箱里找到自己的位置。但是,如果充电过快,或者充电过度,锂离子就会手忙脚乱,最终在板条箱外面堆积起来。如果每次都发生此类现象,锂离子在箱外的堆积会越来越严重并最终导致电池短路。

    原因3:高电压

    引起电池事故的另一个常见原因是高电压,利用这种手法,厂商能让电池存储更多电能。电压和电流就像瀑布和水流,瀑布越高,下面的流水就越多。同理,电压越高,电池里存储的电能就越多。所以,制造商试图通过在电池中加入像镍等元素使电压升高。不过,电压越高,电解质越容易产生化学反应,继而导致起火或爆炸。

    新型电解质正在研发中

    眼下,许多科学家正试图开发一种全新的不容易起火的电解质,科学家们为其定名“离子液体”。与一般电解质相比,“离子液体”需要更多的热量才会形成可燃气体,这种新型电解质要安全得多,但坏处是它有可能会缩短电池续航时间。

    过去几十年中,电池技术一直在不断进化,但它始终赶不上人们的需求,不过厂商们必须铭记一个信条,那就是以安全为代价来满足用户需求终将砸了自己的脚。



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