Batarya neden şişer?

Batarya teknolojisinin açıklanması

Batarya, cihazı çalıştıracak gücü üretmek için üç ana bileşene ihtiyaç duymaktadır. Bunlar, metal oksitten yapılmış pozitif yüklü katot, grafitten yapılmış negatif yüklü anot ve elektrik yükünü sağlayan lityum tuzları içeren bir sıvı elektrolit. Sıvı elektrolit iki kutup arasına elektrik yük akışını sağlamaktadır.

1.jpg

Şekil 1: Batarya yapısı

Katot ve anot fiziksel olarak ayrılması gerekir. Lityum-iyon piller kutupların ayrıştırılması 10 mikron kalınlığında olabilen geçirgen bir polietilen separatör ile gerçekleştirilir. Piller geliştikçe ve mühendisler daha küçük bir pakete daha fazla güç vermeye çalıştıkça, bu ince tabaka daha da incelmektedir.

Separatör kırıldığında veya delindiğinde, termal kaçak adı verilen bir işlemi başlatan hücreler arası kısa devreye neden olur. Pilin içindeki kimyasal maddeler ısınmaya başlar ve bu da separatörün daha fazla bozulmasına neden olur. Batarya kritik sıcaklıklara ulaşabilir. Bu noktada, yanıcı elektrolit havadaki oksijene maruz kaldığında tutuşabilir hatta patlayabilir.

2016 yılında bilim insanları Toby Bond, Jigang Zhou ve Jeffrey Cutler tarafından ‘Journal of Electrochemical Society’ dergisinde yayınlanan ‘Electrode Stack Geometry Changes during Gas Evolution in Pouch-Cell-Type Lithium Ion Batteries’[1] adlı makalede batarya şişmesini Bilgisayar Tomografi ile görüntülemiştir.

2.jpg

Şekil 2: Bilgisayar Tomografisi ile batarya görüntülenmesi

Bir lityum-iyon pilin fazla yüklenmesi veya fazla şarj edilmesi spiral şekilli elektrotunda deformasyona neden olabilir.

Aynı makalede bilim insanları görüntülediği batarya içeriği aşağıdaki 2 boyutsal kesit alanından açıklamaktadır.

  1. Bataryanın yanlış kullanılmadan önce içyapısını gösterir.
  2. Bataryanın yanlış kullanımın (aşırı şarj etme, aşırı deşarj etme) orijinal tasarım kusurlarının nasıl daha da bükülmüş hale geldiğini gösteriyor.
  3. Eğrilerin daha da kötüleştiği alanları vurgulamaktadır.

3.png

Şekil 3: Batarya 2 boyutsal kesit alanı görüntüleme

Bataryalar, geniş bir sıcaklık aralığında çalışır, ancak bu, bu koşullarda şarj olmalarına izin vermez. Şarj işlemi deşarjdan daha hassastır ve özel dikkat gösterilmelidir. Aşırı soğuk ve yüksek ısı, şarj kabulünü azaltır, bu yüzden şarj edilmeden önce bataryanın orta dereceli bir sıcaklığa getirilmesi gerekir.[2]

Lityum-iyon bataryalar 0°C ile 45°C arasında şarj edilmelidir. Cihazı şarjdayken kullanmak (internet üzerinden grafik özelliği yüksek oyun oynamak), güneş altında maruz kalmak, kalorifer veya sıcak yüzeyde şarjda bırakmak batarya ısısını arttırmaktadır. Bataryanın ısıya maruz kalması bataryanın ömrünü kısaltmaktadır. En iyi sonuçları elde etmek için 10°C ile 30°C arası şarj ediniz.

4.png

Şekil 4: Farklı teknolojiye sahip bataryaların ısı değerleri

Lityum-iyon, yüksek sıcaklıklarda iyi performans gösterir, ancak uzun süre ısıya maruz kalması bataryanın ömrünü azaltır. Yüksek sıcaklıklarda bataryayı doldurma ve boşaltma, batarya hücresinin şişmesine neden olabilecek gaz (kobalt, karbon dioksit, metan karışımı vb.) oluşturur. Birçok üreticiler cihazı 45°C'nin üstünde şarj etmeyi yasaklar.

Genel olarak, şişmiş bir batarya, batarya hücreleri aşırı şarj olduğunda ve ısınmadan olmaktadır. Bu reaksiyon bataryanın içindeki gazları ısıtan ve genleşmelerine neden olan ısı üretir. Havalandırmanın herhangi bir yolu olmadan, bataryanın kasası gazlarla genişler ve batarya şişer.

5.png

Şekil 5: Şişmiş batarya

Batarya tasarımcıları ve üreticileri bu reaksiyonun olasılığını anlarlar ve bataryalarını genişlemeye biraz dayanacak şekilde tasarlarlar. Bataryanın şarjını düzenlemek ve bataryanın sınırlarını aşan bir şarj seviyesi tespit etmesi durumunda gücü kesmek için pile yerleşik devre de dahil edilir.

Ancak bu güvenlik önlemleri zaman zaman başarısız olabilir ve bazı tüketiciler yine de şişmiş bir batarya ile sonuçlanabilir.

Telefonu şarjda kullanmak, voltaj ve amper değeri uyumsuz adaptör (bilinmedik yan sanayi, hızlı şarj özelliği olan vb. adaptör) cihazın power IC / charging IC entegre devresine zarar verir. Zamanla bu entegre işlevini kaybeder. İşlevini kaybeden entegre akım ve gerilim regülasyonu yapamaz ve bataryaya alabileceği kapasiteden yüksek güç sağlar. Bu da batarya hücrelerindeki kimyasallarda bozulmaya neden olur.

 

Batarya şişmesine neden olan kullanım hataları:

  1. Telefonun çok uzun süre şarjda bırakılması, ısınması,
  2. Cihazın şarjda iken elektrik kesintileri (USB kablo bozuk veya gevşek, USB konnektör baskıdan dolayı iç pinlerde kırılma) sonucunda kısa devrelerin oluşması,
  3. Yan sanayi batarya ya da uygun ve orijinal olmayan kalitesiz şarj aleti kullanımı,
  4. Cihazın aşırı bir şekilde ısınmasına rağmen kullanılmaya devam edilmesi,
  5. Cihazı şarjda kullanmak, ısınmasına rağmen kullanılmaya devam edilmesi,
  6. Çok soğuk veya çok sıcak ortamlarda telefonun ve tabletin şarj edilmeye çalışılması,
  7. Cihazın hızlı şarj desteği bulunmuyorsa, hızlı şarj eden alet kullanmak,
  8. Akım  düzensizliği olabileceği için bilgisayar yerine prizden şarj edin.
  9. Araba çakmaklığı ile şarj edilirken araba çalıştırırken ya da durdururken bataryanın düzensiz elektrik akımı alması şişmeye davetiye çıkarabilir.

 

KAYNAKLAR

[1] - Electrode Stack Geometry Changes during Gas Evolution in Pouch-Cell-Type Lithium Ion Batteries, Journal of Electrochemical Society, 164(1) A6158-A6162(2017). http://jes.ecsdl.org/content/164/1/A6158.full.pdf+html

[2] - BU-410: Charging at High and Low Temperatures, Battery University, https://batteryuniversity.com/learn/article/charging_at_high_and_low_temperatures

[3] - Pouch Cell - Small but not Trouble Free, Battery University, https://batteryuniversity.com/learn/archive/pouch_cell_small_but_not_trouble_free

 

Bu makale yardımcı oldu mu?
0 kişi içerisinden 0 kişi bunun yardımcı olduğunu düşündü
Başka sorularınız var mı? Bir talep gönder

Yorumlar

Bir Zendesk Hizmetidir