Warum explodieren Lithium-Ionen-Batterien?

Während Lithium-Ionen-Batterien im Großen und Ganzen unglaublich sicher sind, entzünden sie sehr, sehr gelegentlich Feuer oder explodieren. Wenn es passiert, wie beim Galaxy Note 7 Fiasko von Samsung oder beim Laptop-Rückruf von HP, ist das immer eine große Neuigkeit. Also, was ist los und warum gehen Batterien manchmal mit einem Knall aus? Lass es uns herausfinden.

Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien - die Art von Batterie, die in Ihrem Laptop, Telefon, Tablet und so ziemlich jedem anderen modernen Gerät, das Sie besitzen, sowie Elektroautos und Flugzeuge - sind verantwortlich für die Revolution der tragbaren Geräte. Ohne Lithium-Ionen-Batterien wäre ich nicht in der Lage, diesen Artikel in einem Café zu schreiben;stattdessen müsste ich die ganze Zeit an eine Stromquelle angeschlossen sein.

Was steckt in einer Lithium-Ionen-Batterie?

Um zu verstehen, warum Lithium-Ionen-Batterien manchmal versagen, müssen Sie wissen, was unter der Haube passiert. In jeder Lithium-Ionen-Batterie befinden sich zwei Elektroden - die positiv geladene Kathode und die negativ geladene Anode -, die durch eine dünne Platte aus "mikroperforiertem" Kunststoff voneinander getrennt sind, so dass sich die beiden Elektroden nicht berühren. Wenn Sie eine Lithium-Ionen-Batterie laden, werden Lithiumionen durch Elektrizität von der Kathode durch die Mikroperforationen in dem Separator und einer elektrisch leitenden Flüssigkeit und zur Anode gedrückt. Wenn die Batterie entladen wird, geschieht das Umgekehrte mit den Lithiumionen, die von der Anode zu der Kathode fließen. Dies ist die Reaktion, die Ihren Laptop antreibt.

Kleine Batterien, wie sie in Smartphones vorkommen, haben meist nur eine einzige Lithium-Ionen-Zelle. Größere Batterien, wie die in Laptops, haben normalerweise zwischen 6 und 12 Lithium-Ionen-Zellen. Die Batterien in Elektroautos und Flugzeugen können Hunderte von Zellen haben.

Was macht eine Lithium-Ionen-Batterie explodieren?

Was Lithium-Ionen-Batterien so nützlich macht, ist, dass sie auch Feuer fangen oder explodieren können. Lithium ist sehr gut darin, Energie zu speichern. Wenn es als Rinnsal freigegeben wird, schaltet es den ganzen Tag Ihr Telefon an. Wenn es auf einmal losgelassen wird, kann der Akku explodieren.

Diese Lithium-Ionen-Batterie einer Boeing 787 von Japan Airlines ist 2013 in Brand geraten.

Bei den meisten Bränden und Explosionen von Lithium-Ionen-Batterien kommt es zu Kurzschlussproblemen. Dies passiert, wenn der Kunststoffseparator versagt und die Anode und die Kathode berühren. Und sobald diese beiden zusammenkommen, beginnt der Akku zu überhitzen.

Es gibt eine Reihe von Gründen, warum der Separator ausfallen kann:

• Schlechte Konstruktions- oder Herstellungsfehler: Die Batterie ist schlecht ausgelegt, wie beim Galaxy Note 7. In diesem Fall war nicht genug Platz für die Elektroden und den Separator indie Batterie. Bei einigen Modellen, wenn die Batterie sich beim Laden etwas ausdehnte, verbog sich die Elektrode und verursachte einen Kurzschluss. Selbst eine gut ausgelegte Batterie kann versagen, wenn die Qualitätskontrolle nicht fest genug gehalten wird oder ein Defekt in der Fertigung vorliegt.
• Externe Faktoren: Extreme Hitze ist fast garantiert, um einen Fehler zu verursachen. Es ist bekannt, dass Batterien, die zu nahe an einer Wärmequelle liegen oder in einem Feuer stecken, explodieren. Ein anderer externer Faktor kann ebenfalls dazu führen, dass eine Lithium-Ionen-Batterie ausfällt. Wenn Sie Ihr Telefon zu stark fallen lassen( oder zu oft), besteht die Gefahr, dass Sie den Separator beschädigen und die Elektroden berühren. Wenn Sie die Batterie durchbohren( entweder durch Zufall oder absichtlich), dann werden Sie fast sicher einen Kurzschluss verursachen.

• Ladegerätprobleme: Ein schlecht hergestelltes oder schlecht isoliertes Ladegerät kann auch eine Lithium-Ionen-Batterie beschädigen. Wenn das Ladegerät in der Nähe der Batterie kurzschließt oder Hitze erzeugt, kann es genug Schaden anrichten, um einen Fehler zu verursachen. Aus diesem Grund empfehlen wir, nur offizielle Ladegeräte( oder zumindest hochwertige Drittanbieter von namhaften Marken) zu verwenden. Lithium-Ionen-Batterien verfügen über integrierte Schutzvorrichtungen, um ein Überladen zu verhindern. Obwohl diese Sicherheitsvorkehrungen sehr selten sind, ist Überladung eine gute Möglichkeit, eine Batterie zu überhitzen.
• Thermal Runaway und mehrere Zellen: Obwohl für einzelne Zellenbatterien nicht relevant, wie die, die in den meisten Smartphones gefunden werden( das iPhone X hat tatsächlich zwei Zellen), muss nur eine Batteriezelle ausfallen, damit die ganze Batterie geht. Sobald eine Zelle überhitzt ist, erhalten Sie einen Domino-Effekt namens "thermal runaway". Bei Batterien mit Hunderten von Zellen - wie im Tesla Model S - kann thermisches Ausreißen ein großes Problem darstellen.

Obwohl die Untersuchung, warum die Batterie manchmal scheitert, ein erschreckendes Bild zeichnet, sind Lithium-Ionen-Batterien eine sichere und ausgereifte Technologie. Die Tatsache, dass es immer Neues gibt, wenn eine Batterie unerwartet explodiert, zeigt, wie selten ein Ereignis diese großen Fehler sind. Batteriehersteller stellen eine Vielzahl von Sicherheitsvorkehrungen bereit, um das Versagen von Batterien zu verhindern oder zumindest den Schaden zu mindern, den ein Fehler verursachen kann.

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