Cep telefonu bataryaları neden patlar?

Günümüzde sıklıkla karşımıza çıkan cep telefonlarının en büyük problemlerinden biri bataryaların yanması veya patlamasıdır. Bu durum, bataryanın kendisine, bağlı bulunduğu cihaza zarar verirken insan sağlığı açısından da büyük bir tehdit oluşturmaktadır. Bu gibi problemlere sebep olan bataryaların neden yandığını veya patladığını anlayabilmek için yanmanın ne olduğunu ve polimerlerde yanmanın nasıl olduğunun iyi anlaşılması gerekmektedir.

Yanma nedir? Polimerlerde yanma nasıl olur? 

Yanma: ısı, oksijen ve yakıt üçlüsü bir araya geldiğinde gerçeklesen kimyasal bir olaydır. Şekil 1 de yangının oluşmasını sağlayan etkenler ve yanma döngüsü gösterilmiştir. Bu bileşenlerden ısı, alevlenmeyi başlatan etkendir ve ışık, ateş gibi çevresel kaynaklardan sağlanır. Yanma için gerekli oksijen atmosferde bulunmaktadır. Üçüncü bileşen olan yakıt ise malzemenin yapımında kullanılan polimerin kendisidir [1]. Polimerler ise çok yüksek oranda karbon, hidrojen ve oksijen içeren bileşikler oldukları için kolaylıkla ve hızla yanarlar. Bu durum tahtadan 4 kat daha hızlı gerçekleşmektedir. Polimerlerin yanması sırasında ısı ile birlikte yanma ürünü zehirli ve yanıcı gazlar ortaya çıkar. Ayrıca, ısı etkisiyle polimer zincirlerinin küçük parçalara veya moleküllere parçalanmasıyla ortam daha yanıcı hale gelir. Örneğin polipropilenin yanması sırasında, kendisinden daha yanıcı olan propan gazı açığa çıkar. Yanmanın yayılması; yanmanın şiddetine, polimerin buna tepkisine bağımlıdır. Polimerin doğal olarak yanmaya dayanıklı olması için; düşük sıcaklıklarda kömürleşmenin çok fazla olması, 400℃’nin üstünde ısısal kararlılığa sahip olması (yüksek erime sıcaklığı), 400℃ altında meydana gelen bozunma ürünlerinin yanmayan gazlardan oluşması (CO2, HCl, H2O vs.) gerekir [2].

Şekil 1 Yanma döngüsü

Cep telefonlarındaki lityum iyon bataryaların yapısı 

Lityum iyon piller genel olarak 4 temel bileşenden oluşur. Bu bileşenler; pozitif ve negatif elektrotlar, sıvı elektrolit, pozitif ve negatif elektrotları birbirinden ayıran yarı geçirgen bir seperatördür.

Şekil 2 Örnek bir cep telefonu batarya yapısı [3]

Batarya içerisinde bulunan elektrolitte lityum iyonları mevcuttur. Bu iyonlar batarya şarj olurken anota, şarj boşalırken ise katota doğru hareket ederler.

Şekil 3 Bir bataryanın şarj olma ve şarj boşalma döngüsü

Peki ne oluyorda bu bataryalar yanıyor veya patlıyor sorusunun cevabına gelecek olursak şu şekilde özetleyebiliriz:

Bilindiği gibi birçok elektronik devre içeren sistemlerde kısa devre olayı yaygın olarak görülmektedir. Bu durum telefon bataryalarında da sıklıkla karşımıza çıkmaktadır. Bir çok batarya kısa devre sonucu yanmış veya patlamıştır. Bataryaların bu şekilde tahrip olmasına sebep olan ana sebepler, yanlış şarj etme, imalat hataları, orijinal olmayan batarya veya şarj cihazı kullanımı, bataryanın ısı veya strese maruz kalması şeklinde özetlenebilir.

Her bataryanın kendine özgü bir şarj süresi vardır. Bu şarj süresine göre şarj aletleri özel olarak tasarlanmaktadır. Bataryalar uygun olmayan şarj aletleri ile şarj edildiklerinde şarj esnasında bir anota doğru hareket eden lityum iyonları kısa devreye yol açabilir. Bu iyonlar çok hızlı şarj edilme durumunda anot etrafında kümelenerek kısa devre olmasına sebep olurlar. Buda çok yanıcı olan elektrolitin alev almasına ve bataryanın tahribatına sebep olur.

Bir başka sorun ise yanlış imalat sonucu batarya içerisindeki yarı geçirgen seperatörün zarar görmesidir[3]. Bu durum sonucunda anot ve katotun birbirine temas etmesi söz konusu olur. Yine burada da kısa devre oluşarak batarya tahrip olur ve kullanılamaz hale gelir.

Şekil 4 İmalat hatası sonucu zarar görmüş seperatör[3]

Bataryalar aşırı ısınma veya strese maruz kaldıklarında da tehlike yaratabilirler.Şekil 5 yoğun strese maruz kalan bataryanın şişmesi ve yanmaya başlaması görülmektedir. Bu durumda ısınan batarya içerisindeki likit gaz salınımı yapıyor ve batarya şişmeye başlıyor. Eğer bataryanın dış çeperi sağlam ise sadece batarya şişip kullanılmaz hale gelirken, çeperin zayıf olması durumunda ise patlayarak etrafına da zarar verebilmektedir.

Şekil 5 Aşırı strese maruz kalmış bataryanın X-Ray altındaki görüntüsü [4]

Sonuç itibariyle bu tarz durumları engellemek, daha yüksek performanslı bataryalar üretebilmek için teknoloji ve bilim dünyası sürekli olarak çalışmalar yapmaktadır. Burada biz tüketicilere düşen görev ise telefonlarımızı doğru bir şekilde şarj etmek, firmaların önermediği orijinal olmayan batarya ve aletlerinden uzak durmaktır.

Kaynaklar:

1 Kısakürek, D., (2003). Yanmaya Dayanıklı Polimerler. XVII Ulusal Kimya Kongresi, s.20.

2 Lu, S.-Y. and Hamerton, I., (2002). Progress in Polymer science. 27, 1661-1712.

3 https://www.pcmag.com/news/351205/samsung-blames-bad-batteries-for-galaxy-note-7-disaster

4 http://www.webtekno.com/akilli-cihazlarin-bataryalari-neden-ve-nasil-patlar-h22905.html