Dlaczego baterie w smartfonach wybuchają?

Jakiś tydzień temu w chińskich mediach pojawiły się informacje o eksplodującym Xiaomi Mi Max, który stanął w ogniu podczas ładowania. Okazuje się, że na tym problemy ze smartfonami firmy się nie skończyły. Parę dni później podobny problem dotknął użytkownika modelu Mi 4C.

Sprawa okazała się jeszcze bardziej poważna, gdyż bateria smartfona wybuchła w kieszeni spodni jego posiadacza. Ten trafił do szpitala z poparzeniami trzeciego stopnia. W obu przypadkach problem dotyczył telefonów kupionych w oficjalnym sklepie Xiaomi, a używana ładowarka była tą dodawaną do zestawu.

Chińczycy póki co nie wydali stosownego oświadczenia w sprawie wybuchów baterii w smartfonach ich produkcji. Ujawnili jedynie, że zadbano aby poszkodowane osoby dostały stosowną rekompensatę. Tajwańskie Central News Agency informuje do tego, że Xiaomi wynajęło już zewnętrzną firmę, która ma zbadać dokładnie obie sprawy - warunki w jakich doszło do wybuchów oraz ich dokładne przyczyny.

Problemy z modelami chińskiej firmy wydają się błahe w porównaniu z tym z czym zmaga się obecnie Samsunga. Południowokoreański gigant w Galaxy Note7 zastosował baterię, która - jak się dość szybko okazało - miała wadę fabryczną. Normalnie jest ona niewidoczna, ale w niektórych przypadkach może doprowadzić do wybuchu - zanotowano już ponad 70 przypadków.

Samsung w trosce o zdrowie użytkowników i obawie przed kolejnymi przypadkami wybuchu postanowił wymienić wszystkie dostarczone na rynek egzemplarze Note'a 7. Firma zresztą nie ma innej opcji - przez nierozbieraną konstrukcję smartfona nie ma możliwości łatwej wymiany ogniwa, więc konieczne jest oddanie kupionego urządzenia. Nie jest to jednak pierwsza akcja wymiany baterii, która prowadzona jest na szeroką skalę.

Dobrych parę lat temu inżynierowie Nokii wykryli wadę w konstrukcji baterii, w które wyposażone były dostępne na rynku smartfony. Firma wymieniała wtedy produkty z kilku różnych serii - łącznie 46 milionów akumulatorków do wymiany. Na przestrzeni ostatnich lat głośno było też o wielu innych wybuchowych problemach. Spore zamieszanie wywołały m.in. przepalane złącza i pęczniejące baterie w iPhone'ach czy przypadki eksplodujących ogniw w OnePlus One.

Powodów przez które bateria smartfona może ulec samozapłonowi i wybuchnąć jest co najmniej kilka. Zanim do nich przejdę warto zwrócić uwagę na problem, z którym borykają się obecnie producenci smartfonów. Urządzenia mobilne wyposażane są w coraz szybsze układy, większą liczbę modułów łączności i czujników oraz duże ekrany, które pracują w wysokich rozdzielczościach. Te podzespoły wymagają dostaw sporej ilości energii, a zatem pojemnych baterii.

Jednocześnie użytkownicy chcą jak najcieńszych, zgrabnych i eleganckich urządzeń. Producenci stają przed trudnym zadaniem - upchać w jak najmniejszej obudowie jak najlepszą baterię. I nie chodzi tylko o jej fizyczną wielkość. Firmy starają się opracowywać coraz mniejsze i bardziej smukłe ogniwa zwiększając przy tym ich pojemność. Niesie to ze sobą pewne ryzyko.

Wspominał o tym m.in. Lynden Archer z Uniwersytetu Cornella w rozmowie z redaktorami The Verge. Naukowiec stwierdził, że obecnie osiągnięto już 90 proc. maksymalnej wydajności, jaką teoretycznie można uzyskać z ogniw litowo-jonowych. Oznacza to, że producenci na siłę starają się zwiększyć wydajność obecnych baterii, zmieniając elektrolity, budowę katod i anod czy konstrukcję samego ogniwa. Wiele z tych rozwiązań testowanych było tylko i wyłącznie w laboratoriach.

Baterie litowo-jonowe złożone są z katody i anody, (najczęściej) separatora oddzielającego elektrody oraz elektrolitu, na który składają się sole litu rozpuszczone w związkach organicznych. Energia magazynowana jest lub wyprowadzana na drodze kontrolowanych reakcji chemicznych.

Tu dochodzimy to pierwszego powodu wybuchających baterii, a więc ich konstrukcji. Będąc bardziej dokładnym - fabrycznych niedociągnięć w ich konstrukcji lub wykonaniu. Baterie litowo-jonowe mogą znacznie różnić się składem chemicznym i konstrukcją, ale wszystkie łączy to, że lit jest pierwiastkiem bardzo reaktywnym. Wystarczy więc małe niedopracowanie wewnętrznego układu elektrod i składu rozpuszczalnika, aby doszło do niepożądanych reakcji, których efektem może być zapalenie się ogniwa.

Tak sprawy mają się właśnie z baterią, która trafiła do Galaxy Note'a 7. Samsung, któremu zależało na maksymalnej wydajności i niedużych rozmiarach, postawił na konstrukcję, która pozbawiona została separatora oddzielającego poszczególne części baterii. Przełożyło się to na to, że możliwe jest zetknięcie się katody i anody, w wyniku czego dochodzi do gwałtownej reakcji - wybuchu.

Wady fabryczne to nie wszystko. Reaktywność litu sprawia, że baterie mogą wybuchać nawet, gdy nie mają wad konstrukcyjnych. Najczęstszą przyczyną jest wzrost ich temperatury, który prowadzi do zmiany właściwości znajdujących się w niej związków chemicznych. Prowadzi do tego:

• pozostawienie smartfona w miejscu, które jest wystawione na stałe działanie promieni słonecznych;
• zbyt długie lub zbyt szybkie ładowanie, co nie tylko zmniejsza żywotność baterii, ale i może prowadzić do jej przegrzania;
• wady systemu zasilania lub ładowarki, które prowadzą do spięcia.

Do zapalenia się ogniwa doprowadzić może również uszkodzenie mechaniczne obudowy baterii lub naruszenie jej wewnętrznej struktury po upadku smartfona. Zagrożenie mogą stwarzać również starsze ogniwa - zużyte elektrody, niepożądane reakcje w elektrolicie.

Nie mamy wpływu na konstrukcję baterii, jakie dostępne są w naszych smartfonach, więc nic nie poradzimy sami w przypadku ich wad fabrycznych. W takiej sytuacji trzeba liczyć na sprawne akcje wymiany ogniw, jak u Samsunga czy wcześniej u Nokii. Nie oznacza to jednak, że nie możemy lepiej dbać o ogniwo w naszych smartfonach.

Chcąc zmniejszyć ryzyko uszkodzenia akumulatora, a co za tym idzie jego wybuchu, należy przestrzegać prostych zasad związanych z ładowaniem urządzeń. Do najważniejszych należą:

• korzystanie tylko z oryginalnych baterii i ładowarek, tańsze niesprawdzone zamienniki mogą doprowadzić do przegrzewania się ogniwa lub spięć;
• nieużywanie do ładowania smartfonów ładowarek do tabletów czy tych z opcją szybkiego ładowanie, gdy urządzenie go nie wspiera;
• niepozostawianie smartfona w nagrzanych miejscach, na parapecie w słoneczny dzień, na desce samochodu;
• niewykonywanie na smartfonie prądożernych czynności, kiedy ten jest ładowany lub gdy wskazuje niski poziom naładowania baterii;
• nie pozostawienie smartfona wpiętego do ładowarki na całą noc (tym bardziej pod poduszką, co zdarza się wielu użytkownikom);
• częstsze a nie dłuższe ładowanie telefonu - można podłączać go do ładowarki, gdy wskazuje ok. 50 proc. naładowania ogniwa;
• umieszczenie smartfona przy otworze wentylacyjnym, gdy jest on ładowany podczas jazdy samochodem (najlepiej korzystać z oryginalnej ładowarki).

Powyższe wskazówki nie są niczym odkrywczym, ale z pewnością nawet wśród naszych czytelników jest wiele osób niestosujących się do nich. Przypadki wybuchu baterii są oczywiście dość rzadkie i przeważnie dotyczą użytkowników, którzy korzystali z tanich zamienników oryginalnych baterii/ładowarek, ale lepiej dmuchać na zimne.