Smartphones vaak oververhit als ze dicht bij het lichaam worden gehouden of worden gebruikt voor lange tijd. En terwijl de gevaren van oververhitting lithium-ion (Li-ion) batterijen zijn bekend voor enige tijd, onderzoekers hebben nu onthuld precies wat er gebeurt in de 'brandende' cellen. Thermische beelden tonen koper in de batterij bereiken temperaturen van ten minste 1.085°F (1.985°F) waardoor stralen van gesmolten materiaal te barsten uit zijn ventilatie. Scroll naar beneden voor video . Onderzoekers onderworpen Lithium-ion batterijen aan warmte en gebruikte thermische beeldvorming en niet-invasieve hoge snelheid beeldvorming technieken om veranderingen in hun interne structuur te observeren. Koper binnen gesmolten, wat aangeeft temperaturen van ten minste 1.085°C (1.985°F), en het veroorzaakte gesmolten materiaal stroom uit de ventilatie (afgebeeld) De beelden zijn de eerste keer dat de storing van Li-ion batterijen als gevolg van oververhitting is opgenomen. Het werd gefilmd door Paul Shearing van University College London en de bevindingen worden gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications. Li-ion batterijen zijn kwetsbaar voor een aandoening bekend als thermische wegloop, die optreedt wanneer de snelheid van warmteopwekking is groter dan de snelheid van warmte verloren. Hoewel batterijuitval is zeldzaam, preventie van thermische wegloop vormt een van de grootste uitdagingen voor de veilige werking van lithium-ion batterijen. Dr Shearing en zijn collega's onderworpen twee commerciële Li-ion batterijen, bekend als Cell 1 en Cell 2, aan externe warmte. Ze gebruikten vervolgens thermische beeldvorming en niet-invasieve high speed beeldvorming technieken om de interne structuur van elk van hen te observeren. Li-ion batterijen zijn kwetsbaar voor een aandoening bekend als thermische wegloop, die zich voordoet wanneer de snelheid van warmteopwekking is groter dan de snelheid van de warmte verloren. Een Li-ion batterij voordat wordt onderworpen aan hoge temperaturen wordt getoond links, dezelfde batterij na warmtemisbruik wordt weergegeven rechts. Tijdens tests, een cel bleef intact tijdens het uitvallen van de batterij en als de warmte-genererende reacties voortgezet, warm gas gevolgd door gesmolten materiaal weggestraald door de batterij ventilatie (afbeelding van links naar rechts). Ter vergelijking, de snelle drukstijging in een tweede cel zorgde ervoor dat de hele dop van de cel los. Cel 1 bleef intact tijdens het uitvallen van de batterij en naarmate de warmte-genererende reacties bleven, kwam warm gas, gevolgd door gesmolten materiaal dat door de afvoer van de batterij werd uitgestraald. Li-ion-batterijen zijn bekend dat ze oververhitten en kwetsbaar zijn voor thermische op hol geslagen. Dit gebeurt wanneer de warmtesnelheid in de cel groter is dan de warmtesnelheid die verloren ging. Lithium-ion-cellen met kobaltkathoden zijn bijvoorbeeld niet ontworpen om boven 130°C (265°F) te stijgen. Dit komt omdat de cel bij 150°C (302°F) 'thermische instabiele' wordt. Zodra het deze toestand bereikt kan het leiden tot een thermische wegloper waarin vlammende gassen vrijkomen. Tijdens een thermische wegloper, kan de hoge warmte in de falende cel naar de volgende cel reizen, waardoor het ook thermisch onstabiel wordt. In sommige gevallen treedt een kettingreactie op waarin elke cel één-voor-één desintegreert. Dit betekent dat een batterijpakket binnen enkele seconden kan worden vernietigd, of het ontluchten van gassen en warmte uren kan duren. Als veiligheidsmaatregel, worden verpakkingen uitgerust met verdelers om falende cellen te beschermen tegen het beïnvloeden van nabijgelegen cellen. Bron: Batterij Universiteit . Het koper materiaal in cel 1 gesmolten, wat wijst op interne temperaturen van ten minste 1.085°C (1.985°F). Ter vergelijking, de snelle drukstijging in cel 2 veroorzaakte dat de hele dop van de cel los te maken. In een echte situatie dit zou kunnen zijn toegenomen thermische weggelopen omdat het zuurstof in de cel. Tijdens een thermische wegloop, de hoge warmte in de falende cel kan reizen naar de volgende cel, waardoor het thermisch instabiel ook worden. In sommige gevallen treedt een kettingreactie op waarbij elke cel één-voor-één desintegreert. Dit betekent dat een batterijpakket binnen enkele seconden kan worden vernietigd of de ontluchting van gassen en warmte uren kan duren. Als veiligheidsmaatregel, verpakkingen zijn uitgerust met verdelers om de falende celvorm te beschermen die de nabijgelegen cellen beïnvloedt. De auteurs vonden dat thermische en elektrochemische reacties in beide cellen gaszakken produceerden die de spiraalvormige wondlagen van de cellen vervormden. Cell 2 toonde ernstige interne vervorming van zijn architectuur, die de auteurs suggereren zijn veiligheid in gevaar te brengen. In tegenstelling tot cel 2 werd cel 1 ontworpen met een centrale cilindrische ondersteuning, die leek te helpen bij het behoud van de structurele integriteit. De auteurs hopen dat hun waarnemingen zullen leiden tot verbeteringen in het ontwerp van Li-ion batterijen en verbeteren hun veiligheidskenmerken.
Onderzoekers onderworpen twee Lithium-ion batterijen aan externe warmte. Ze gebruikten thermische beeldvorming om te zien wat er gebeurde in elke cel. Koper binnen een cel bereikte temperaturen van ten minste 1.085°C (1.985°F) De warmte veroorzaakte ook gesmolten materiaal stroom uit de ventilatie van de batterij.