據(jù)外媒報(bào)道，最近Note7龐大的召回計(jì)劃再次讓手機(jī)電池爆炸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，那么其背后有什么原因和科學(xué)道理嗎？如果手機(jī)電池爆炸，責(zé)任往往要廠家來背，因?yàn)樗鼈儧]能在生產(chǎn)過程中穩(wěn)定電池的化學(xué)性質(zhì)。同時(shí)，專家認(rèn)為電池爆炸也可能是廠商將電池技術(shù)推向極限的結(jié)果。隨著屏幕的變大、處理器的變塊，智能設(shè)備對(duì)電池的要求越來越高，而大容量和高速快充這兩個(gè)元素讓電池的壓力越來越大。
美國(guó)康奈爾大學(xué)的材料科學(xué)家林登認(rèn)為，從理論上來講，我們已經(jīng)釋放了電池90%的潛力，即續(xù)航時(shí)間已經(jīng)達(dá)到極限值的近90%。因此，各大廠商現(xiàn)在的努力都是在榨取電池的極限潛能。“為了讓自家產(chǎn)品獲得更好的續(xù)航，各家廠商簡(jiǎn)直就是在搞軍備競(jìng)賽，”林登說道。“這種趨勢(shì)正在造成另一種結(jié)果，各家廠商的電池普遍都會(huì)過度充電，因此發(fā)生事故的幾率正在不斷上升。”
原因1：陰陽(yáng)兩極親密接觸
三星Note7電池爆炸是因?yàn)樵诓糠质謾C(jī)上，原本不能互相接觸的電池陰陽(yáng)兩極觸碰到一起。不過，這只是引起爆炸的原因之一，鋰離子電池爆炸也有其他常見的原因，而這主要是因?yàn)槲覀儗?duì)手機(jī)性能要求越來越高。
要解釋電池爆炸的相關(guān)科學(xué)原理，我們首先要了解電池的工作原理。電池上都有兩個(gè)電極，其中一個(gè)電極含正電離子，被稱為陰極。陰極里充滿鋰元素，它是“燃料”存儲(chǔ)的地方。另一個(gè)相對(duì)的電極含負(fù)電離子，被稱為陽(yáng)極。
在充電過程中，鋰離子會(huì)從陰極移動(dòng)到陽(yáng)極。而電池在使用過程中（放電），鋰離子的運(yùn)動(dòng)方向則正相反。陰陽(yáng)兩級(jí)之間會(huì)存在一種名為電解質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)，它能夠幫助電離子移動(dòng)，傳導(dǎo)電流。雖然鋰離子的運(yùn)動(dòng)的電池的主要做功方式，但它們不能“抄近路”，即正負(fù)兩極不能接觸。而為了防止這種情況發(fā)生，電池制造商一般會(huì)在陰陽(yáng)兩極之間放上隔板。
而Note7的爆炸元兇正是這個(gè)隔板，隔板出現(xiàn)了缺陷，正負(fù)兩極發(fā)生親密接觸，電能直接流向中間的電解質(zhì)而非兩側(cè)的電極，隨后就是“嘭”的一聲——電池爆炸了。
電解質(zhì)本身其實(shí)并不穩(wěn)定，因此電離子移動(dòng)中也會(huì)受干擾變得不穩(wěn)定。當(dāng)有大量熱量產(chǎn)生（無(wú)論是內(nèi)部還是外部），電解質(zhì)就有可能與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氣體并釋放更多熱量。如果這一過程沒能得到有效控制，就會(huì)產(chǎn)生“熱失控”現(xiàn)象，隨后等待電池的就是爆炸或起火。
原因2：過度充電和充電過快
這也是廠商在設(shè)備中加入過熱關(guān)機(jī)機(jī)制的原因。不過這只是引起爆炸的一種原因，有時(shí)電池過度充電或充電過快也會(huì)引發(fā)危險(xiǎn)。
過度充電就像在桶中灌入過多的水。對(duì)水桶來說，水多了就多了，滿了流出去就是，但電池可不行。過度充電時(shí)，會(huì)有過多的鋰元素進(jìn)入陽(yáng)極。當(dāng)然，普通人也不必?fù)?dān)心，從理論上來說，你放在床頭充了一夜的手機(jī)并不會(huì)有什么問題，因?yàn)閺S商的設(shè)計(jì)會(huì)自動(dòng)防止電池產(chǎn)生過充。真正導(dǎo)致電池出問題的原因是制造商在生產(chǎn)過程中的疏忽，它們的電池電路出了問題，無(wú)法阻止過度充電。
普林斯頓大學(xué)材料專家斯坦加特表示，電池就像一個(gè)橡皮筋，充電時(shí)，就好像你在拉伸橡皮筋，而使用電池時(shí)，就好像在釋放它。如果你將橡皮筋拉得太緊，它就會(huì)直接斷掉。
此外，充電過快也是造成爆炸的另一個(gè)原因。在短時(shí)間內(nèi)向電池充入太多的電能必然會(huì)為電池帶來巨大壓力，如果電池發(fā)生短路，就會(huì)引起危險(xiǎn)。
如果把電池比喻為兩個(gè)盛放雞蛋的板條箱，那么充電時(shí)鋰離子需要在這兩個(gè)雞蛋板條箱之間穿梭，以便穩(wěn)妥地堆積在里面。如果緩慢充電，鋰離子有足夠的時(shí)間在板條箱里找到自己的位置。但是，如果充電過快，或者充電過度，鋰離子就會(huì)手忙腳亂，最終在板條箱外面堆積起來。如果每次都發(fā)生此類現(xiàn)象，鋰離子在箱外的堆積會(huì)越來越嚴(yán)重并最終導(dǎo)致電池短路。
原因3：高電壓
引起電池事故的另一個(gè)常見原因是高電壓，利用這種手法，廠商能讓電池存儲(chǔ)更多電能。電壓和電流就像瀑布和水流，瀑布越高，下面的流水就越多。同理，電壓越高，電池里存儲(chǔ)的電能就越多。所以，制造商試圖通過在電池中加入像鎳等元素使電壓升高。不過，電壓越高，電解質(zhì)越容易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，繼而導(dǎo)致起火或爆炸。
新型電解質(zhì)正在研發(fā)中
眼下，許多科學(xué)家正試圖開發(fā)一種全新的不容易起火的電解質(zhì)，科學(xué)家們?yōu)槠涠?ldquo;離子液體”。與一般電解質(zhì)相比，“離子液體”需要更多的熱量才會(huì)形成可燃?xì)怏w，這種新型電解質(zhì)要安全得多，但壞處是它有可能會(huì)縮短電池續(xù)航時(shí)間。
過去幾十年中，電池技術(shù)一直在不斷進(jìn)化，但它始終趕不上人們的需求，不過廠商們必須銘記一個(gè)信條，那就是以安全為代價(jià)來滿足用戶需求終將砸了自己的腳。
01月07日 18:14
