Laptop w ogniu

Baterie komputerów przenośnych mogą niespodziewanie zapalić się lub nawet eksplodować - to wcale nie mrożąca krew w żyłach fikcja, lecz niewiarygodna rzeczywistość! Opisujemy pokrótce ryzyko samozapłonu akumulatorów, jego przyczyny i skutki.


Baterie komputerów przenośnych mogą niespodziewanie zapalić się lub nawet eksplodować - to wcale nie mrożąca krew w żyłach fikcja, lecz niewiarygodna rzeczywistość! Opisujemy pokrótce ryzyko samozapłonu akumulatorów, jego przyczyny i skutki.

Niemal wszyscy markowi producenci laptopów mieli w przeszłości wpadki z bateriami i byli zmuszeni wycofywać je z rynku.

Niemal wszyscy markowi producenci laptopów mieli w przeszłości wpadki z bateriami i byli zmuszeni wycofywać je z rynku.

Baterie litowo-jonowe należą do najbardziej wrażliwych i kłopotliwych podzespołów w urządzeniach przenośnych. Mają ograniczoną żywotność i bardzo gwałtownie reagują na skrajne temperatury oraz obciążenia natury mechanicznej. Ponadto ładowanie i wyładowywanie ogniw tego rodzaju to proces z bardzo wąskim zakresem tolerancji niektórych parametrów. Mimo to akumulatory typu Li-ion i tak są jednymi z najbardziej bezpiecznych i efektywnych urządzeń magazynujących energię elektryczną, które znajdują się obecnie na rynku. Niemniej jednak ich produkcja jest na tyle skomplikowana, że nie można wykluczyć usterek. Dowodzą tego przeprowadzane dość często w ostatnich miesiącach kampanie bezpłatnej wymiany akumulatorów.

Całkowitą odpowiedzialność za porażkę z wadliwymi bateriami wzięła na siebie firma Sony. Wielu producentów komputerów przenośnych musiało wycofać niebezpieczne akumulatory i wezwać nabywców do ich darmowej zamiany na nowe.

Niektóre przedsiębiorstwa obawiają się, że utracą swoje dobre imię wśród klientów. Zakłada się, że do obiegu trafiło ok. 9,6 miliona felernych akumulatorów - niemal wszystkie wycofano z rynku w ramach programu dobrowolnej wymiany. Pomijając wyraźny uszczerbek na wizerunku, taka wpadka w dużym stopniu odbije się na budżecie firmy. Według obecnych szacunków przedsiębiorstwa koszty wyniosą ok. 340 milionów euro (czyli mniej więcej 1,3 miliarda złotych).

Szkoda całkowita - laptop, który padł ofiarą pożaru, jest bezużyteczny, jak widać na powyższej ilustracji.

Szkoda całkowita - laptop, który padł ofiarą pożaru, jest bezużyteczny, jak widać na powyższej ilustracji.

W związku z powyższym nie dziwi fakt, że organizacja IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) poprawia wytyczne projektowania i wytwarzania baterii do laptopów. Akumulatory Li-ion to najnowsze rozwiązanie spośród technologii magazynowania energii elektrycznej. Dzięki wartości 90-110 Wh/kg ma najwyższą w systemach wielokrotnego ładowania gęstość energii (ilość przechowywanej energii na jednostkę masy). Ważną zaletą jest niewielki stopień samorozładowywania - baterie tego typu mogą leżeć bezczynnie przez długi czas bez straty zawartości. Na dodatek nie występuje w nich efekt pamięci ogniw (zjawisko powodujące utratę rzeczywistej pojemności akumulatora). Komórki Li-ion dostarczają w trakcie całego procesu rozładowywania niemal stałe napięcie wyjściowe, będące na wyższym poziomie niż napięcie znamionowe.

Nominalne napięcie elektryczne w ogniwach Li-ion wynosi aż 3,6 V (w ogniwach NiCd i NiMH zaledwie 1,2 V). Jest to możliwe dzięki specjalnej konstrukcji. Katodę wykonano ze związków litu, które mogą składać się z tlenku kobaltu, tlenku manganu bądź z tlenku niklu. Anoda natomiast jest zbudowana ze związków grafitu. Rolę warstwy izolacyjnej między elektrodami pełni mikroprzepuszczalna membrana z tworzyw sztucznych. Za elektrolit służą sole litu, rozpuszczone w rozpuszczalniku organicznym.

Lit to metal lekki, o wyjątkowo wysokiej reaktywności. Oznacza to, że w wypadku przegrzania ten łatwopalny materiał może wybuchnąć, dlatego w obecnych bateriach stosuje się elektrolit organiczny. Mimo to każdy akumulator Li-ion ze względów bezpieczeństwa jest wyposażony w zawór do redukowania ciśnienia, a także w wyjątkowo solidną obudowę. Ponadto wszystkie ogniwa tego rodzaju muszą dysponować specjalnym układem elektronicznym, który uniemożliwia zbyt duży przepływ prądu z i do akumulatora, steruje ładowaniem i rozładowywaniem, a także chroni zespół ogniw przed przegrzaniem. Wymienione zabezpieczenia mają - rzecz jasna - wpływ na cenę baterii. Akumulator Li-ion jest ok. 30 procent droższy od modelu NiMH.

Co do wagi i objętości, technologia litowo-jonowa ma znacznie większą zdolność magazynowania energii niż konwencjonalne baterie NiCd i NiMH. Znajduje zastosowanie przeważnie w komórkach, aparatach cyfrowych i komputerach przenośnych.

Po co kampania wymiany?

Badania przeprowadzone przez Sony Energy wykazały, że przyczyny występowania samozapłonu leżą w procesie wytwarzania baterii Li-ion. W jednym z cyklów produkcyjnych napełnia się cylindryczną obudowę z metalu cieczą litowo-jonową. W trakcie tej czynności do komory baterii mogą dostać się mikroskopijne drobinki metalu. Zdarza się, że podczas ładowania i rozładowywania akumulatora cząsteczki te przedostają się przez cienką folię separującą w komorze, wędrują pomiędzy elektrodami i powodują zwarcie elektryczne. W większości sytuacji następuje wówczas automatyczne wyłączenie baterii. Jeśli jednak zabezpieczenie nawali, dojdzie do błyskawicznego wzrostu temperatury i termicznej reakcji łańcuchowej. W najlepszym razie powstały gaz ulotni się przez zawór nadciśnieniowy, ale w najgorszym - bateria wybuchnie i zajmie się ogniem.

Jak wszystkie metale alkaliczne, lit - miękki, srebrnobiały metal lekki - wchodzi bardzo łatwo w reakcje chemiczne. Uszkodzenia w środku lub na zewnątrz baterii mogą mieć tragiczne skutki. Problem polega na tym, że w zetknięciu z wodą lit reaguje bardzo gwałtownie, tworząc nadtlenek litu (LiOH). W wyniku tego uwalnia się wodór.

Jak działa komora baterii?

Jak działa komora baterii?

Liczne mechanizmy ochronne zabezpieczają pojedyncze i zespolone baterie Li-ion przed niekontrolowanymi procesami wewnątrzkomorowymi. Specjalne oporniki (tzw. PTC) uniemożliwiają wzrost natężenia prądu. Przy nadmiernym ciśnieniu w obrębie komory, powstającym przez wysokie napięcie elektryczne, wewnętrzny układ zabezpieczający przerywa obwód elektryczny. Zawór bezpieczeństwa pomaga usunąć powstałe nadciśnienie. Oprócz tego baterie zespolone dysponują dodatkowymi układami, które nadzorują natężenie prądu, napięcie elektryczne i temperaturę komory, aby w razie awarii odpowiednio zareagować.

Niemal wszyscy producenci markowych laptopów mają na swoim koncie wpadki z felernymi bateriami, które zmuszały ich do przeprowadzania kosztownych kampanii wymiany. Zdaniem fachowców najbliższa przyszłość nie przyniesie w tej kwestii większych zmian.

Wprawdzie Toshiba, Sony, Matsushita, Hitachi i MTI Micro Fuel Cells pilnie pracują nad rozwojem alternatywnych źródeł energii dla urządzeń przenośnych, jednak upłyną lata, zanim te technologie będzie można wprowadzić na rynek.

Analityk Stephen Baker jest zdania, że żaden z obecnych projektów technicznych nie spełnia wymagań stawianych w najbliższej przyszłości nowoczesnym, przenośnym źródłom energii elektrycznej. Ogniwa mają być możliwie małe i lekkie. Ponadto powinny charakteryzować się dużą żywotnością i wysokim bezpieczeństwem użytkowania. "Fachowcy jeszcze nie odkryli chemicznych podstaw, które byłyby w stanie sprostać tym wszystkim wymaganiom" - twierdzi Baker.

Eksperci podchodzą sceptycznie do faktu, że nowe rozwiązania w dziedzinie akumulatorów mają dotrzymywać kroku rozwojowi techniki i wymaganiom stawianym przez urządzenia stosujące przenośne źródła energii. Wprawdzie można zaprojektować ogniwa o dziesięciokrotnie większej gęstości energii i błyskawicznym czasie ładowania, lecz obecnemu przemysłowi jeszcze bardzo daleko do masowej produkcji takich urządzeń.