Perché le batterie agli ioni di litio esplodono?

Mentre le batterie agli ioni di litio sono, nel complesso, incredibilmente sicure, fanno molto molto occasionalmente fuoco o esplodono. Quando succede, come con il fiasco Galaxy Note 7 di Samsung o il richiamo del laptop più recente di HP, è sempre una grande novità. Quindi cosa sta succedendo e perché le batterie a volte escono con il botto? Scopriamolo.

Le batterie ricaricabili agli ioni di litio, il tipo di batteria che si trova all'interno del tuo laptop, telefono, tablet e praticamente tutti gli altri gadget moderni che possiedi, così come le auto elettriche e gli aerei, sono responsabili della rivoluzione dei dispositivi portatili. Senza batterie agli ioni di litio, non sarei in grado di scrivere questo articolo seduto in un bar; invece, avrei bisogno di essere collegato a una fonte di energia per tutto il tempo.

Cosa c'è dentro una batteria agli ioni di litio?

Per capire perché le batterie agli ioni di litio a volte falliscono, è necessario sapere cosa sta succedendo sotto il cofano. All'interno di ogni batteria agli ioni di litio, ci sono due elettrodi: il catodo con carica positiva e l'anodo con carica negativa separati da un sottile foglio di plastica "microperferita" che impedisce il contatto tra i due elettrodi. Quando si carica una batteria agli ioni di litio, gli ioni di litio vengono spinti dall'elettricità dal catodo, attraverso le microperferazioni nel separatore e un fluido elettricamente conduttivo, e verso l'anodo. Quando la batteria si scarica, avviene il contrario con gli ioni di litio che fluiscono dall'anodo verso il catodo. Questa è la reazione che alimenta il tuo laptop.

Le batterie piccole, come quelle che si trovano negli smartphone, di solito hanno solo una singola cella agli ioni di litio. Le batterie più grandi, come quelle dei portatili, hanno normalmente tra 6 e 12 celle agli ioni di litio. Le batterie di auto elettriche e aeroplani possono avere centinaia di celle.

Cosa fa esplodere una batteria agli ioni di litio?

Ciò che rende le batterie agli ioni di litio così utili è ciò che dà loro la capacità di prendere fuoco o esplodere. Il litio è davvero ottimo per immagazzinare energia. Quando viene rilasciato come un rivolo, alimenta il telefono tutto il giorno. Quando viene rilasciato tutto in una volta, la batteria può esplodere.

Questa batteria agli ioni di litio di un Japan Airlines Boeing 787 ha preso fuoco nel 2013.

La maggior parte degli incendi e delle esplosioni della batteria agli ioni di litio si riducono a un problema di cortocircuito. Ciò accade quando il separatore di plastica si guasta e lascia toccare l'anodo e il catodo. E una volta che questi due si riuniscono, la batteria inizia a surriscaldarsi.

Esistono numerosi motivi per cui il separatore può fallire:

Difetto di progettazione o difetti di fabbricazione: La batteria è mal progettata, come con il Galaxy Note 7. In tal caso, non c'era spazio sufficiente per gli elettrodi e il separatore nella batteria. In alcuni modelli, quando la batteria si espandeva un po 'durante la carica, gli elettrodi si piegavano e causavano un cortocircuito. Anche una batteria ben progettata può guastarsi se il controllo di qualità non viene tenuto abbastanza stretto o se c'è qualche difetto nella produzione.
Fattori esterni: Il calore estremo è quasi garantito per causare un guasto. Le batterie lasciate troppo vicine a una fonte di calore - o catturate in un incendio - sono note per esplodere. Anche altri fattori esterni possono causare il fallimento di una batteria agli ioni di litio. Se si rilascia il telefono troppo forte (o troppe volte), c'è la possibilità che si danneggi il separatore e che gli elettrodi si tocchino. Se si fora la batteria (accidentalmente o intenzionalmente), si causerà quasi certamente un cortocircuito.

Problemi del caricatore: Un caricatore mal fatto o scarsamente isolato può anche danneggiare una batteria agli ioni di litio. Se il caricabatterie causa cortocircuiti o genera calore vicino alla batteria, può causare danni sufficienti a causare guasti. Ecco perché raccomandiamo l'uso di caricatori solo ufficiali (o quantomeno di quelli di terze parti di alta qualità di marchi affidabili). Le batterie agli ioni di litio sono dotate di protezioni integrate per impedirne il sovraccarico. Mentre molto raro, se queste precauzioni di sicurezza falliscono, il sovraccarico è un buon modo per surriscaldare una batteria.
Thermal Runaway e Multiple Cells: Anche se non rilevanti per le batterie a cella singola come quelle che si trovano nella maggior parte degli smartphone (l'iPhone X ha effettivamente due celle), solo una cella della batteria deve fallire per l'intera batteria. Una volta che una cella si surriscalda, si ottiene un effetto domino chiamato "thermal funaway". Per batterie con centinaia di celle, come quelle del Tesla Model S-thermal in fuga, il potenziale potrebbe essere un grosso problema.

Anche se l'esame del motivo per cui la batteria a volte fallisce dipinge un quadro spaventoso, le batterie agli ioni di litio sono una tecnologia sicura e matura. Il fatto che siano sempre notizie quando una batteria esplode inaspettatamente mostra quanto sia raro un evento in quei grandi fallimenti. I produttori di batterie mettono in atto molte protezioni per evitare il malfunzionamento delle batterie, o almeno per attenuare il danno che un guasto può causare.

Credito fotografico: wk1003mike / Shutterstock.com.