чем опасны литиевые аккумуляторы

Kак взрываются литий-ионные аккумуляторы

Последнее время тема самовозгорания литий-ионных аккумуляторов часто мелькает в заголовках новостей: то смартфон загорится, то ховерборд, а то и автомобиль. Так что же происходит внутри аккумулятора во время термического разгона и почему возникает самовозгорание?

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы состоят из анода и катода, разделённых пористым полимерным сепаратором. Активным материалом катода чаще всего являются оксиды переходных металлов со встроенными в кристалл ионами лития. В аноде обычно используется графит. Электролит, которым залита электрохимическая ячейка, представляет собой органический раствор солей лития. При первой зарядке, производимой фирмой-изготовителем, при встраивании лития в анод на электродах (особенно на аноде) образуется защитный ион-проводящий слой (SEI), состоящий из разложившегося электролита. Этот слой защищает электроды от паразитических реакций с электролитом.

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Чаще всего причиной самовозгорания аккумуляторов является короткое замыкание внутри электрохимической ячейки. Электрический контакт между анодом и катодом может возникнуть по многим причинам. Это может быть, например, механическое повреждение ячейки. Ещё внутреннее короткое замыкание возникает из-за нарушения технологии производства при неровной нарезке электродов или попадании металлических частиц между анодом и катодом, что ведёт ко повреждению пористого сепаратора. Также причиной внутреннего короткого замыкания может быть «прорастание» цепочек металлического лития (дендритов) через сепаратор. Такой эффект возникает, если ионы лития не успевают встроиться в кристалл анода при слишком быстрой зарядке или низкой температуре, а также если ёмкость активного материала катода превышает ёмкость анода, в результате чего на поверхности анода появляются микроскопические отложения, которые постепенно растут.

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Так как реакции с электролитом экзотермические, температура и давление внутри аккумулятора продолжают повышаться. Когда температура достигает 180-200 °C, материал катода, обычно представляющий из себя оксид переходных металлов со встроенным в кристалл литием, вступает в реакцию диспропорционирования и выделяет кислород. Вот тут-то и происходит самовозгорание и ещё более резкий скачок температуры. Параллельно идёт термическое разложение электролита (200-300 °C), также выделяющее тепло. Выглядит это так:

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

И, в конце концов, в реакцию с электролитом (если он ещё остался) вступает графит, а когда температура достигает 660 °C, плавится алюминиевый токоприёмник. Выше 900°C температура обычно не поднимается, так как разлагаться уже нечему.

Помимо внутреннего короткого замыкания существуют и другие причины самовозгорания: перегрев аккумулятора, неправильная зарядка/разрядка (превышение максимально допустимого напряжения, зарядка на высоких токах, слишком глубокая разрядка), и т.д. Но все эти причины приводят к одному результату: термическому разгону и разложению электролита при взаимодействии с электродами. Различаются только порядки вышеописанных реакций и их скорость.

Естественно, производители аккумуляторов предусмотрели системы защиты от самовозгорания, и чем больше и мощнее аккумулятор, тем больше степеней защиты он содержит. Одним из видов защиты от небольшого короткого замыкания является пористый сепаратор, который при локальном повышении температуры становится непроницаемым и препятствует, к примеру, дальнейшему росту дендритов внутри аккумулятора. Но иногда температура повышается слишком быстро, и сепаратор просто плавится, в результате чего анод соприкасается с катодом.

Также аккумуляторы оборудованы предохранителями и клапанами, которые при повышении давления и температуры внутри либо отключают электроды от цепи, либо способствуют выходу наружу скопившегося газа. В последнем случае, так как газы легковоспламеняющиеся, при контакте с кислородом снаружи возникает пламя. Пример действия защитных клапанов можно было наблюдать при аварии с участием автомобиля Тесла Model S, где аккумулятор был пробит крупным металлическим предметом. Так как в Тесле клапаны аккумуляторов были направлены вниз на асфальт и отдельные блоки были хорошо изолированы друг от друга, сгорела лишь передняя часть аккумулятора (как сказал Элон Маск, если бы тот же металлический предмет пробил бак с бензином, машины бы сгорела целиком).

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Кстати, термическая изоляция отдельных блоков в крупном аккумуляторе очень важна. Если в вышеупомянутом примере аккумулятор Теслы не загорелся полностью из-за хорошей термоизоляции, то в случае аккумулятора на борту Боинга 787 самовозгорание произошло из-за того, что блоки были недостаточно изолированы друг от друга, что привело к перегреву всей системы.

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Также литий-ионные аккумуляторы оснащены контроллерами, сенсорами, балансирами заряда, и т.д. Подробнее про системы безопасности аккумуляторов можно почитать тут.

Как видно из этого поста, самый опасный компонент аккумулятора- электролит, который разлагается на легковоспламеняющиеся компоненты при повышении температуры. На сегодняшний день учёные пытаются найти более стабильные альтернативы: ионные жидкости, полимерные электролиты, твёрдотельные керамические электролиты и т.д. Но это-отдельная тема…

Источник

Опасны ли литий-ионные аккумуляторы?

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Средства массовой информации в последнее время стали частенько публиковать статьи, главной темой в которых выявлялись литий-ионные аккумуляторы, а точнее факт о их возгораемости. Где-то в самолете взорвалась пара наушников, где-то воспламенились ховерборды. Но самой громкой новостью была взрывающиеся Galaxy Note 7 от Samsung.

Нельзя упрекнуть разработчиков в их некомпетентности, даже ученые-ракетостроители сталкиваются с проблемами во время работы с литий-ионными батареями.

По своей природе подобные батареи опасны. Единственное, что предотвращает электроды от замыкания, это тонкая и пористая пластинка из полипропилена. В том случаи, когда разделитель каким-то образом повреждается, электроды соприкасаются и происходит мгновенное нагревание. Батарея заполнена легковоспламеняющимся электролитом, который начинает гореть при повышении его температуры. Наличие кислорода или воды усиливает реакцию.

Возникает логический вопрос: зачем использовать столь опасный продукт? Дело в том, что литий-ионные батареи чрезвычайно эффективны. Они содержат большое количество энергии в компактном корпусе, что делает их идеальным источником питания для различных электронных устройств. Кроме того, технология появилась довольно давно.

Впервые батареи были использованы в Sony Handycam четверть века назад, и сейчас существует десяток компаний по всему миру, занимающихся выпуском литий-ионных аккумуляторов. Пока ни один производитель не может обойтись без данного элемента в процессе проектировки и выпуска продукции, будь то фитнес-трекер либо самолет.

Но со временем любая технология становится волитальной. Это касается и литий-ионных батарей. Потребитель требует, чтобы батареи были мощнее, тоньше и дешевле. Это, как правило, приводит к одному – взрыву электронного устройства. И факторов для этого предостаточно.

Производственные недостатки

В первую очередь взрывоопасность батареи зависит от ошибок во время ее создания. Как показала история с Samsung Galaxy Note 7, определить конкретную проблему не так просто. Расследование показало, что причиной опасной ситуации стало недостаточное расстояние между защитной пленкой и электродами. Чрезмерное сжатие некоторых батарей привело к изогнутости электродов и их последующему соприкосновению.

Корейской компании пришлось отзывать большие партии устройств и заменить их на девайсы с более безопасными аккумуляторами внутри от другого производителя комплектующих. Однако и те экземпляры имели проблемы. Одни не были хорошо изолированы, другие имели зубчатые края, что повреждало защитные разделители. Это также приводило к коротким замыканиям.

Большинство современных гаджетов проектируются весьма тонкими и легкими. Даже самую хорошо сконструированную батарею можно повредить, поместив габаритный элемент в маленький корпус, например, высокопроизводительную камеру. Давление от оборудования, размещенного вокруг батареи, может привести к повреждению электродов или сепаратора. Недостаточная вентиляция и неправильное тепловое управление могут стать причиной нагрева электролита внутри аккумулятора. При повышенной температуре химическая реакция ускоряется, что сильно усложняет ситуацию. Это часто заканчивается взрывом и возгоранием, особенно когда в реакцию вступает кислород.

Неправильные действия пользователей

Допустим, что производитель создал действительно безопасное устройство. Однако в процессе эксплуатации оно все равно будет подвергаться износу, и батарея, как самый неустойчивый элемент конструкции, может повредиться. Первым признаком неисправности аккумулятора является его выпуклость. Набухание создает давление на корпус, что может привести к проколу и пожару. Много современных смартфонов производятся с несъемной батареей, что усложняет процесс эксплуатации. Если возникли какие-то необъяснимые изменения формы электронного устройства или оно чрезвычайно нагревается, то лучше отнести его в сервис на диагностику.

Проблемы с зарядным устройством

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Высокая конкуренция в отрасли

Даже самая малая экономия на отдельном аккумуляторе сулит большую прибыль компании. Как результат большинство производителей аккумуляторов срезают углы, чтобы рациональнее расходовать ячейки. Материалы могут иметь недостатки, что может стать причиной повреждения и без того тонкого сепаратора. Еще компании могут сэкономить несколько долларов, используя недостаточную изоляцию или пренебрегая контролем качества. Вероятнее всего, опасные ситуации возникали по этим причинам.

Первые модели аккумуляторов были весьма дорогими, однако их популярность породила подделки с более доступными ценами и дешевыми комплектующими. Краудфандинг и доступные компоненты демократизировали индустрию потребительской электроники, но это экономия зачастую происходит за счет безопасности.и все начнется сначала.

Источник

Почему взрываются аккумуляторы

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторыПользователи смартфонов и планшетов конечно знают о проблеме взрывоопасности литиевых аккумуляторов своих гаджетов. И за яркими примерами далеко ходить не приходится. Недавно, например, компания Самсунг столкнулась с наболевшей проблемой лично, и была вынуждена отозвать первую серию нового Note 7, поскольку аккумуляторы взрывались прямо в процессе зарядки. Так или иначе, проблема остается таковой с начала появления сотовых телефонов, ИКАО даже в 2016 году запретила к перевозке в грузовых отсеках гражданского транспорта коммерческие партии литиевых аккумуляторов.

Суть проблемы с литиевыми аккумуляторами

Дело в том, что в процессе заряда литиевого аккумулятора в мобильном устройстве, при помощи встроенного в аккумулятор микроконтроллера реализуется довольно сложный алгоритм осуществления этого процесса, чтобы температура батареи не выходила бы за пределы приемлемого температурного диапазона. Контроллер отслеживает для этой цели многие параметры батареи в процессе ее зарядки.

Кроме непосредственно процесса зарядки, хранение аккумулятора тоже требует соблюдения некоторых правил, особенно касательно температуры: нельзя ни перегревать, ни переохлаждать аккумулятор.

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Основная проблема, приводящая к взрыву аккумуляторов — это чрезмерный разогрев электролита из-за превышения допустимой температуры или вследствие короткого замыкания внутри аккумуляторной ячейки. Цепная реакция легко инициируется внутри перегревшейся ячейки, ведь щелочной металл литий очень легко воспламеняется, вследствие чего батарея вздувается и в худшем случае — взрывается.

И даже несмотря на наличие «внимательного» контроллера, случайный заводской брак (недостаточная толщина изолятора между ячейками) может иметь место и привести к печальным последствиям.

Конечно опасны удары, пробои, проколы, перегрев на солнце. Даже если батарея упала и слегка ударилась, внутри может произойти нарушение изолятора, и в дальнейшем это возможно приведет к внезапной неприятности, даже без явного перегрева.

Причина взрывоопасности литиевых аккумуляторов

Анод и катод литий-ионного аккумулятора разделены сепаратором из пористого полимера. Катод имеет на себе активный материал, в качестве которого зачастую применяют оксиды переходных металлов, в которые встроены ионы лития. Анод, как правило, графитный. Органический раствор солей лития используется в качестве электролита.

При первой зарядке на заводе, литий встраивается в анод и на электродах образуется слой разложившегося электролита, который теперь служит защитой от лишних реакций, оставаясь при этом ион-проводящим.

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Как отмечалось выше, внутреннее короткое замыкание — одна из основных причин самовозгорания аккумулятора. Причиной же самого короткого замыкания может стать физическое повреждение или заводской брак, типа неровной нарезки электродов или попадания металлических частиц между катодом и анодом, которые нарушают целостность слоя сепаратора.

Еще одна причина замыкания — прорастание цепочек металлического лития через сепаратор (если ионы лития еще на заводе не успели до конца встроиться в кристалл анода из-за чрезмерно быстрой зарядки или от переохлаждения, либо если емкость активного материала катода больше емкости анода, что приводит к отложениям на аноде, которые потом медленно, но неумолимо растут).

Между тем экзотермическая реакция идет и температура растет, давление внутри корпуса аккумулятора повышается. При 180-200°C начинается реакция диспропорционирования на катоде, где и выделяется кислород. Происходит воспламенение, температура резко повышается, а электролит термически разлагается, температура уже 200-300°C.

Наконец, наступает очередь графита, и с достижением температуры в 660°C начинает плавиться алюминий токоприемника. Максимальная температура во всем этом процессе обычно не успевает превысить 900°C, поскольку все быстро заканчивается полным разложением внутренних компонентов аккумулятора.

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Уже есть успехи в поисках решения проблемы

Для решения проблемы производителям смартфонов можно ужесточить регулирование, сделать дополнительные предохранители в аппаратах и в аккумуляторах, усложнить контроллеры, однако это приведет к удорожанию аккумуляторов и всей продукции, в комплекте с которой аккумулятор продается. Компании конкурируют между собой, и просто экономически не могут пойти на это.

А тем временем за безопасность литиевых аккумуляторов борются физики из Стенфорда, которые еще летом 2015 года разработали специальный защитный механизм, встраиваемый в аккумулятор уже на стадии производства.

По сути речь идет о новом виде литиевых батарей, которые автоматически отключаются при достижении их внутренностями потенциально опасной температуры (что и предотвращает процесс, приводящий к последующему возгоранию), а через некоторое время, после остывания, автоматически включаются вновь.

Авторы разработки утверждают, что это первая литиевая батарея, которая сможет многократно отключаться и восстанавливаться без потери своих свойств и рабочих характеристик.

Разработка велась несколько лет коллективом из нескольких человек (в числе которых Чженань Бао), в итоге получилась батарея, лишенная двух главных недостатков — резкого снижения емкости аккумулятора после нескольких циклов перезаряда и, что более важно, склонности к возгораниям и взрывам из-за перегрева (цепная реакция автоматически останавливается).

Решение пришло к ученым совсем из другой области физики. Они делали термометры используя наночастицы никеля, встроенные в тонкий лист из графена и пластика. Это были необычные термометры. В покое частицы никеля друг с другом соприкасались, то есть получался хороший проводник тока. Но когда лист разогревался, пластик начинал немного расширяться, что приводило к ослаблению контакта между проводящими никелевыми частичками, и сопротивление всего проводника возрастало.

Вот это свойство и применили исследователи из Стенфорда для мгновенной автоматической защиты литиевых батарей и для полного автоматического восстановления контакта после остывания. Они приклеили лист такого пластика к одному из электродов батареи, чтобы он терял проводимость с ростом температуры. И когда температура достигает 70°C

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Но несмотря на найденное решение, производители мобильных устройств все равно не решаются резко менять наработанную годами технологию производства своих аккумуляторов. Поэтому пользователям гаджетов придется еще на некоторое время смириться с наличием потенциальной опасности литиевых батарей, и стараться не ронять и не перегревать свои мобильные устройства, а тем более аккумуляторы. Возможно в скором будущем проблема будет полностью решена.

Источник

Пожароопасность литиевых аккумуляторов

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Мы постараемся разобраться во всех аспектах пожароопасности литиевых аккумуляторов и ответить на следующие вопросы:

Пожароопасность различных типов литиевых аккумуляторов

Существует несколько видов литиевых аккумуляторов:

Li-ion

В свою очередь Li-ion аккумуляторы имеют разные типы химии:

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Используются они, например, в АКБ для ноутбуков. Это самый небезопасный тип Li-ion аккумуляторов, они наиболее чувствительны к перезаряду, перегреву, и механическим повреждениям. Категорически не рекомендуется использовать без платы BMS, а так же в устройствах потребляющих большие токи(>2C).

Этот тип аккумуляторов более безопасен, в сравнении с ICR, поскольку гораздо меньше подвержен нагреву в диапазоне рабочих токов.

Причины возгорания Li-ion аккумуляторов

Если повреждение аккумулятора достаточно сильное, то возгорание может произойти моментально.

Что касается перегрева, он может быть вызван несколькими факторами:

Если элемент нагревается до 80-90°C, может запустится химическая реакция, которая продолжит его нагревать, при достижении температуры 180-200°C происходит самовозгорание с дальнейшим повышением температуры вплоть до 900°Счем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Стоит отметить, что, во многих Li-ion аккумуляторах установлен защитный клапан. Это устройство, которое сбрасывает избыточное давление из элемента в случае его перегрева, а так же размыкает электрическую цепь в районе его плюсового контакта. Благодаря защитному клапану во многих экстренных ситуациях удается избежать возгорания и взрыва.

Так же существуют элементы со встроенными платами защиты, которые контролируют минимальное и максимальное напряжение, а так же ограничивают ток. Такие аккумуляторы имеют немного большую длину, и более высокую цену.

Li-pol

Все причины возгорания Li-ion элементов справедливы и для Li-pol, но в сравнении с Li-ion такие аккумуляторы гораздо более чувствительны к механическим повреждениям, они «не любят» тряску, и не имеют защитных клапанов.

LiFePO4

Это более безопасный тип литиевых аккумуляторов, они имеют очень высокую термическую и химическую стабильность, Т.Е. при перегреве LiFePO4 не самовозгорается. Но так же стоит понимать, что хоть LiFePO4 и не склонен химическому горению, неисправная АКБ, например, при коротком замыкании способна разогреться до высоких температур, что в свою очередь может спровоцировать возгорание окружающих батарею предметов.

Так же, как и LiFePO4, литий-титанат считается довольно безопасным типом аккумуляторов, т.к. не подвержен самовозгоранию в случае возникновения нештатной ситуации, а так же способен выдерживать огромные токи заряда и разряда.

Техника безопасности. Какие правила следует соблюдать, для безопасного использования литиевых аккумуляторов.

В первую очередь, конечно же, стоит позаботиться о качестве продукта, который вы хотите использовать, будь то ячейки, или готовые аккумуляторные батареи. Стоит использовать товар только от надежных производителей, ведь заказывая аккумуляторы и АКБ у сомнительных поставщиков, есть риск получить не только несоответствие заявленным характеристикам, но и неприятности в виде пожара. Так, например, были случаи, когда особо некачественные аккумуляторы загорались сами по себе во время зарядки, даже если все условия эксплуатации были соблюдены.

Для безопасной работы аккумуляторов необходимо соблюдать следующие условия:

Не допускать перезаряда и переразряда аккумуляторов.

Следить, что бы температура аккумуляторов не поднималась выше 60°C.

Не использовать аккумуляторы, которые были подвергнуты механическим повреждениям, даже если на первый взгляд с ними ничего не произошло.

Не оставлять аккумуляторы в разряженном состоянии, это может привести не только к их деградации, но и к повышению внутреннего сопротивления, что в свою очередь вызовет больший нагрев.

Не заряжать аккумуляторы при отрицательной температуре.

Соблюдение этих правил сведет к минимуму все риски, связанные с использованием литиевых аккумуляторов.

Действия в экстренной ситуации

В случае если произошло возгорание Li-ion или Li-pol АКБ следует помнить, что это химическое горение, т.е. порошковые и углекислотные огнетушители будут неэффективны, в такой ситуации необходимо как можно быстрее залить его водой, это снизит температуру, и остановит реакцию. В случае если воды не оказалось под рукой, то самым правильным решением будет убедиться в отсутствии горючих предметов рядом с аккумулятором, и дать ему выгореть, отойдя на безопасное расстояние.

печально известный galaxy note 7. Последствия самовозгорания батареи.

Стоит отметить, что литиевые аккумуляторы продолжают совершенствоваться, с каждым годом производители стараются делать их не только более емкими, но и более безопасными (защитные клапаны, встроенные платы защиты). В общем и целом, при соблюдении простых правил, литиевые аккумуляторы являются надежным и безопасным источником хранения энергии с массой преимуществ.

Источник

Пожароопасность литиевых аккумуляторов

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Статья обновлена: 2020-12-17

Литиевые аккумуляторы применяются во многих привычных нам гаджетах, которыми мы пользуемся ежедневно: автономная электроника, смартфоны, электрические инструменты с работой от аккумулятора, электрические транспортные средства, устройства-погрузчики. Часто именно этот тип аккумулятора подходит для конструкции больше всего, потому что у Li-ion оптимальное сочетание рабочих характеристик. Они выигрывают у батарей со свинцовыми, NiMH и NiCd аккумуляторами по удельной энергоемкости и ресурсу эксплуатации.

Эта статья будет посвящена не преимуществам литиевых АКБ, а их существенному слабому месту — пожароопасности. Проблему риска возгорания невозможно недооценить, потому что оно подвергает опасности не только само устройство, внутри которого находится батарея, но и человека и вещи рядом.

Мы разберем вопрос пожароопасности литиевых аккумуляторов и выделим главное:

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Есть ли разница между пожароопасностью аккумуляторов с разным типом устройства? Рассмотрим несколько самых распространенных:

Пожароопасность аккумуляторов Li-ion

Шире всего используются именно литий-ионные АКБ. Их особенностью является большая энергоемкость до 280 Вт*ч/кг. Зачастую такие аккумуляторы представляют собой цилиндрические ячейки, типоразмеры варьируются: 18650, 21700, 32650. В производстве они применяются для сборки аккумуляторных батарей к электрокарам, электровелосипедам и другому транспорту, а также к электроинструментам с автономным питанием.

Различаются Li-ion аккумуляторы по используемым в них химическим элементам:

Они нашли применение в изготовлении АКБ к ноутбукам. Среди всех Li-ion аккумуляторов ICR — самый небезопасный вид, так как они чувствительнее других к перезаряду, механическим ударам и перегреву. Строго рекомендуется использовать этот элемент только совместно с платой BMS и только в устройствах, рассчитанных на потребление больших токов (>2C).

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Почему может произойти возгорание в Li-ion АКБ?

Перегрев может произойти по таким причинам:

Нагрев элемента до 80-90°C может запустить химическую реакцию с выделением тепла — и она ещё сильнее усугубит ситуацию. Если температура в аккумуляторе достигнет 180-200°C, самовозгорание неминуемо. Воспламенение приведет к дальнейшему росту температуры до 900°С.

Чтобы такого не произошло, многие литий-ионные аккумуляторы оснащены защитным клапаном. Он сбрасывает из элемента избыток давления в случае, если перегрев только начался, а также в районе контакта “плюс” размыкает электрическую цепь. Эти меры, предусмотренные защитным клапаном, часто спасают в экстренных ситуациях от возгорания и взрыва.

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Есть также элементы с интегрированными в них платами защиты для контроля уровня напряжения. Они следят за тем, чтобы его значение не выходило за минимальный или максимальный рабочий предел, а также способны ограничивать поступающий ток. Визуально аккумуляторы с такой защитой длиннее других, а цена их выше. Аргументы в пользу защищенных аккумуляторов и против их использования вы сможете взвесить, прочитав эту статью.

Причины пожароопасности Li-pol аккумуляторов

По характеристикам Li-pol и Li-ion аккумуляторы очень похожи, но их энергоёмкость ещё выше. Такое сочетание параметров делает эту модификацию идеальной для применения в носимой электронике, мобильных гаджетах, RC моделях. Их рабочий диапазон напряжения лежит между 2,5 до 2,75 V для минимальных значений, от 4,2 до 4,35 V — для максимальных.

Литий-полимерные аккумуляторы представлены в огромном спектре типоразмеров. Для них справедливы те же причины возможного пожара, что и для литий-ионных устройств, но на механическое воздействие они реагируют ещё чувствительнее. Эти агрегаты не оснащаются защитными клапанами и плохо переносят сильную тряску.

Подверженность возгоранию аккумуляторов LTO

АКБ с анодом из пентатитаната лития применяются в случаях, когда нужна большая токоотдача: к примеру, в автомобилях. Это категория аккумуляторов с рекордной долговечностью в эксплуатации, до 25 000 полных циклов заряда и разряда. LTO работают с величинами напряжения: минимальное 1,6 Вольт, максимальное 2,7 Вольт.

Наконец, у этих аккумуляторов самая низкая энергоёмкость, до 110 Вт*ч/кг.

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Как и следующий тип, LiFePO4, аккумуляторы из литий-титаната относятся к категории безопасных. Они выдерживают огромные токи как при заряде, так и при разряде, и практически не подвержены самовозгоранию при нештатных ситуациях.

Насколько пожароопасны аккумуляторы LiFePO4

Аккумуляторы этого типа зачастую применяются в резервных источниках питания и в разных видах электротранспорта, взамен свинцовых батарей. Энергоёмкость LiFePO4 ниже, чем у литий-ионных: до 190–250 Вт*ч/кг. Рабочее напряжение в минимальном значении 2,5V, в максимальном — 3,65V.

Сам по себе аккумулятор LiFePO4 не подвержен самовозгоранию, у него завидно высокая химическая и термическая стабильность. Однако это не значит, что перегрев для устройства с такой батареей не страшен: если замкнет цепь, и неисправная АКБ сильно нагреется, то высокая температура может привести к возгоранию предметов, её окружающих.

Техника безопасности для применения литиевых АКБ

Первоочередной мерой безопасности станет выбор качественного продукта: ячеек или уже готовых АКБ при сборке. Известны случаи, когда некачественные батаери от сомнительных поставщиков загорались произвольно в процессе зарядки, несмотря на строгое соблюдение условий эксплуатации.

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Подбирая товары от надёжных проверенных производителей, вы обезопасите себя от лишних рисков и будете точно знать, что продукция соответствет заявленным характеристикам. Это снизит вероятность возникновения нештатных ситуаций и возможности возгорания.

Правила эксплуатации АКБ для безопасной работы

Соблюдая несложные рекомендации из перечня ниже, вы сможете минимизировать любые риски, сопряженные с применением литиевых аккумуляторов.

Что делать в экстренной ситуации

Как мы уже выяснили в статье, возгоранию подвержены в основном аккумуляторы Li-ion или Li-pol АКБ. Если вдруг это случилось, помните: горение АКБ носит химический характер, поэтому порошковые или углекислотные огнетушители не помогут. Необходимо срочно залить воспламенившийся аккумулятор водой: это поможет снизить температуру и остановить ход химической реакции. Если воды под рукой не оказалось, правильным действием будет убрать подальше от устройства горючие предметы, отойти на безопасное расстояние и дать ему выгореть.

чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть фото чем опасны литиевые аккумуляторы. Смотреть картинку чем опасны литиевые аккумуляторы. Картинка про чем опасны литиевые аккумуляторы. Фото чем опасны литиевые аккумуляторы

Производители совершенствуют литиевые аккумуляторы с каждым годом, стараясь не только увеличить их ёмкость, но и проработать меры безопасности: встраивают защитные клапаны и платы. А простые правила эксплуатации делают их надёжным и вполне безопасным ресурсом хранения энергии, поэтому нет необходимости отказываться от их преимуществ.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *