Warum explodiert der Akku des Samsung Note 7?

In letzter Zeit gab es häufig Berichte über explodierende Samsung Note 7-Modelle, und sogar die Inlandsversion war betroffen (eine blaue und eine goldene, beide von JD.com). Zuvor hatte die General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine eine Mitteilung herausgegeben, in der es hieß, dass Samsung (China) Investment Co., Ltd. ab dem 14. September 2016 einige zwischen dem 20. Juli 2016 und dem 5. August 2016 hergestellte Galaxy Note 7 zurückrufen werde, insgesamt 1.858 Einheiten auf dem chinesischen Festland.

Es wird davon ausgegangen, dass diese Produkte vor dem offiziellen Verkauf am 1. September 2016 über Kanäle wie die Galaxy Community auf der offiziellen Website von Samsung im Rahmen der Inzahlungnahmemethode als Testgeräte bereitgestellt wurden.

Die General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine gab an, dass es bei den von diesem Rückruf betroffenen Note 7-Akkus zu Kurzschlüssen kam, wenn die Trennmembranen zwischen Anode und Kathode teilweise dünner waren und das Isolierband die Plattenbeschichtung nicht vollständig bedeckte. Dies führte zu einer ungewöhnlichen Erwärmung der Akkus und konnte in extremen Fällen Feuer fangen, was ein Sicherheitsrisiko darstellte.

Bei digitalen Mobiltelefonen, die vom Rückruf betroffen sind, ersetzt Samsung (China) Investment Co., Ltd. den Kunden kostenlos durch ein neues digitales Mobiltelefon desselben Modells, das die entsprechenden Anforderungen erfüllt, um Sicherheitsrisiken auszuschließen.

Es ist ersichtlich, dass der Grund für die Explosion des Note 7 darin lag, dass die Anoden- und Kathodentrennmembran der Batterie lokal dünner wurde und das Isolierband die Plattenbeschichtung nicht vollständig bedeckte, was zu einem Kurzschluss führte.

Warum wird der Batterieseparator dünner? Welche Sicherheitsrisiken entstehen durch die Ausdünnung? Der Forscher Chen Liwei vom Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat dieses Problem interpretiert.

Er sagte, dass die Lade- und Entladefunktionen der in Mobiltelefonen verwendeten Lithium-Ionen-Batterien durch die Hin- und Herbewegung von Lithium-Ionen zwischen den positiven und negativen Elektroden erreicht würden. Beim Laden treibt der Strom des Ladegeräts die Lithiumionen aus der positiven Elektrode und diese Lithiumionen „schwimmen“ durch den Elektrolyten zwischen der positiven und negativen Elektrode zur negativen Elektrode; Beim Entladen „schwimmen“ diese Lithiumionen von der negativen Elektrode durch den Elektrolyten zurück zur positiven Elektrode und liefern so Strom für den Betrieb des Mobiltelefons. Während dieses Vorgangs dürfen die positiven und negativen Elektroden keinen direkten Kontakt haben, da es sonst zu einem Kurzschluss kommt, der eine abnormale Erwärmung der Batterie und sogar Gefahren wie Feuer und Explosion zur Folge hat.

Wie können wir sicherstellen, dass sich die positiven und negativen Elektroden im Inneren der Batterie nicht berühren und dass zwischen ihnen genügend Elektrolyt vorhanden ist, damit die Lithium-Ionen hin und her „schwimmen“ können? Dies wird durch ein Schlüsselmaterial in Lithium-Ionen-Batterien erreicht – den Separator.

Handelt es sich bei der Ausdünnung der Membran des Note 7 also um einen Konstruktionsfehler in der Produktion oder gibt es einen anderen versteckten Grund?

Chen Liwei vermutet, dass dies daran liegen könnte, dass die Mobiltelefonhersteller dünnere Membranmaterialien verwenden, um die Volumenenergiedichte der Batterie zu erhöhen und so die Batterielebensdauer der Mobiltelefone zu verlängern. Aufgrund einer laxen Qualitätskontrolle des Membranmaterials oder von Verarbeitungsfehlern wurde die Membran jedoch stellenweise dünner und konnte die positiven und negativen Elektroden nicht mehr wirksam isolieren, was zu Sicherheitsproblemen der Batterie führte.

Chen Liwei sagte, dass die Hersteller von Mobiltelefonen große Bedenken hinsichtlich der Volumenenergiedichte von Batterien hätten. „Fast alle Hersteller sind bestrebt, mehr Leistung in ein begrenztes Volumen zu packen, um die Batterielebensdauer zu verlängern.“

Allerdings besteht in der Branche Einigkeit darüber, dass die Verbesserung der Batterieenergiedichte ein langwieriger Prozess ist. Chen Liwei erklärte gegenüber Reportern: „Die Entwicklungsgesetze der Energiespeicherbranche und der Elektronikbranche unterscheiden sich stark: Bei letzterer gilt das bekannte Mooresche Gesetz, und die Anzahl der Transistoren, die in einem integrierten Schaltkreischip untergebracht werden können, wächst exponentiell und verdoppelt sich etwa alle 18 Monate. Die Verbesserung der Batterieleistung verläuft hingegen schrittweise. Basierend auf vorhandenen Batteriematerialien ist eine jährliche Steigerung der Energiedichte von 2 bis 3 % bereits recht gut.“ Daher besteht eine Scherenlücke zwischen der Leistungsverbesserung elektronischer Produkte und der Verbesserung der Batterieenergiedichte, und diese Lücke vergrößert sich mit der Zeit immer weiter.

Chen Liwei räumte ein, dass die Energiedichte von Handy-Akkus derzeit an ihre „Grenze“ stößt. Um mehr Energie auf kleinerem Raum bereitzustellen, können die Hersteller nur Wege finden, den von Hilfsmaterialien eingenommenen Platz zu reduzieren und die Batterien „abzuspecken“.

Allerdings ist es schwierig, bei Lithiumbatterien für Mobiltelefone sowohl „Abnehmen“ als auch „Sicherheit“ zu erreichen.

Wenn bei derselben Batterie der Separator dünner wird und das Volumen dieses Teils reduziert wird, können etwas mehr positive und negative Elektrodenmaterialien geladen werden, was die Energiedichte der Batterie und die Akkulaufzeit des Mobiltelefons verbessern kann. Je dünner der Separator ist, desto strenger sind jedoch die Anforderungen an den Prozess. Leichte Qualitätsmängel oder Fehler im Batterieprozess können zu Separatordefekten führen, die wiederum zu Kurzschlüssen der Batterie führen. Chen Liwei wies auf die Risiken hin.

Abschließend betonte Chen Liwei, dass es sich bei Batterien um energiespeichernde Geräte handele und ihre Sicherheit stets oberste Priorität habe. Daher darf bei der Entwicklung von Batterien mit höherer Energiedichte die Batteriesicherheit nicht außer Acht gelassen werden.

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