Eine Anleitung zur Pflege von Powerbanks und Mobiltelefonen für die Zeit nach Romoss

Bevor Sie diesen Artikel lesen, stellen Sie sich bitte eine Frage:

Wann war es das letzte Mal, dass Sie sich einen neuen Powerbank gekauft haben?

Wenn es vor zwei Jahren war, sollten Sie besonders aufpassen.

In den letzten zwei Wochen hat das Thema Powerbanken viel Aufsehen erregt. Die Nerven von Flughäfen bis hin zu U-Bahnen sind auf Trab geraten, als hätten sich plötzlich über Nacht die unsicheren Faktoren in unseren Taschen vermehrt.

Bild | CNR.cn

Obwohl das Problem der Powerbanken selbst vorerst abgeschlossen ist und die beteiligten Unternehmen jeweils Lösungen vorgeschlagen haben, bleibt abzuwarten, wie die nachfolgende Behandlung und Sanierung der aufgedeckten Lieferketten aussehen wird. Wir sollten uns jedoch auf ein breiteres Problem hinter diesem Ereignis konzentrieren:

Powerbanken haben keine unbegrenzte Lebensdauer – alle Lithium-Ionen-Batterieprodukte um uns herum sind Verschleißteile.

Powerbanken haben eine Haltbarkeitsdauer

Der Schuldige für das jüngste Massenproblem mit der Qualität von Powerbanken ist eine Zellfertigungsfirma in der Lieferkette der Powerbankteile. Laut Berichten hat diese Fertigungsfirma bei der Produktion einer bestimmten Charge das Separatormaterial zwischen Anode und Kathode der Zelle gegen ein anderes ersetzt, was zu einem mangelhaften Separator führte.

Powerbankprodukte, die diese defekten Zellen verwenden, kamen Anfang 2024 auf den Markt. Aufgrund des mangelhaften Separators traten bei den Powerbanken eine Reihe von Problemen wie Überhitzung, Aufblähung und sogar Rauchentwicklung und Feuer aus, was schließlich zu den jüngsten gesellschaftlichen Ereignissen wie Rückrufen und Transportverboten von Powerbanken führte.

Wie das Prinzipbild zeigt, ist das "Separator" ein unverzichtbares Material in jeder Lithium-Ionen-Batterie: Es muss nicht nur seine physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften in der stark korrosiven Elektrolytlösung stabil halten, sondern auch ein Gleichgewicht zwischen Leichtigkeit und Widerstand gegen Durchstechen und Recken herstellen, um die Effizienz der freien Bewegung von Lithium-Ionen (d. h. die Lade- und Entladeeffizienz) aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Batterie bei alltäglichen Stößen stabil zu halten.

Wenn jedoch die Fertigungsfirma in der Lieferkette wieder das vorgeschriebene, qualifizierte Separatormaterial verwendet, können wir uns dann beruhigen, dass unsere Powerbanken in Ordnung sind? Die Antwort ist nein. Denn der Arbeitsmechanismus von Lithium-Ionen-Batterien hat bereits entschieden: Jede Batterie hat schließlich ein Lebensdauerlimit, unabhängig davon, wie ausgezeichnet das Herstellungsverfahren ist.

Um zu verstehen, woher die "Lebensdauertheorie" der Batterien stammt, müssen wir einige grundlegende Kenntnisse über den Arbeitsmechanismus der Batterien haben. Nehmen wir als Beispiel die tragbaren Powerbanken, die in diesem Fall in Massen Probleme hatten. Abgesehen von der Außenschale, den Schnittstellen, den Ladevereinbarungen, der Anordnung der Zellen und anderen externen Faktoren sind sie im Wesentlichen alle dasselbe: Aufladbare Lithium-Ionen-Batterien.

Als Sekundärbatterie (aufladbare Batterie) kann die Lithium-Ionen-Batterie wiederholt aufgeladen und entladen werden, indem sie sich auf die positiv geladenen Lithium-Ionen stützt, die frei in der Elektrolytlösung fließen. Wenn eine externe Spannung angelegt wird, wandern diese Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode. Wenn die Batterie Spannung abgibt, wandern sie von der Kathode zur Anode, wodurch der einfachste "Lade-Entlade"-Zyklus abgeschlossen wird. Theoretisch und in der Prozessgestaltung sind diese chemischen Reaktionen vollständig reversibel.

In der realen Nutzung ist es jedoch unmöglich, dass alle freien Lithium-Ionen perfekt zwischen Anode und Kathode ein- und ausbauen können. Die Hauptgründe dafür sind vor allem zwei: Extreme Temperaturen oder Überladung und -entladung. Diese beiden Faktoren können den geplanten Reaktionsablauf stören, was dazu führt, dass einige Lithium-Ionen eine irreversible chemische Reaktion mit dem Kathodenmaterial eingehen, aus der Elektrolytlösung ausfallen und als Feststoff auf dem Kathodenmaterial ablagern.

Diese tödliche irreversible chemische Reaktion, auch als "Lithiumausscheidung" bekannt, ist der Hauptgrund für die begrenzte Lebensdauer von Lithium-Batterien.

Warum ist die Lithiumausscheidung jedoch so tödlich? Der Grund liegt genau in dem zuvor erwähnten Separator zwischen Anode und Kathode: Wenn sich Lithium-Ionen ständig aus der Elektrolytlösung abscheiden und auf dem Kathodenmaterial ablagern, bilden sie spontan spitz zulaufende, dendritische Metall-Lithium-Strukturen, die als Lithiumdendriten (lithium dendrite) bezeichnet werden. Mit zunehmender Ablagerung von Lithium wachsen diese Lithiumdendriten schließlich so hoch, dass sie den Separator zusammendrücken und durchstechen, was zu einem Kurzschluss zwischen Anode und Kathode führt, und dann –

Bei den Separatormaterialien in diesem Powerbank-Unfall war das Material selbst mangelhaft, was dazu führte, dass der Separator früher und leichter von den Lithiumdendriten durchstochen wurde oder durch äußere Einwirkungen beschädigt und kurzgeschlossen wurde. Schließlich traten nach nur etwas mehr als einem Jahr Produktlebensdauer Kollektivausfälle auf.

Aber selbst wenn das Separatormaterial in Ordnung wäre, wird es irgendwann einmal passieren, dass die Lithiumdendriten den Separator oder andere innere Materialien der Zelle durchstechen. Die "Lithiumausscheidung" ist wie ein Damoklesschwert, das nicht nur über jeder qualifizierten und unqualifizierten Powerbank schwebt, sondern auch über jedem Handy in unseren Händen und über jeder Lithium-Batterie, die wir im Alltag sehen.

Wie schützen wir Lithium-Batterien?

Das Problem bei der "Lithiumausscheidung" besteht darin, dass es ein notwendiges Ergebnis chemischer Reaktionen unter nicht idealen Umgebungsbedingungen ist. Es kann nicht vermieden werden, es sei denn, es kommt zu einer grundlegenden Veränderung des Anoden- und Kathodenmaterials oder des Arbeitsmechanismus der Batterie.

Darüber hinaus ist die Lithiumausscheidung nicht die einzige Herausforderung, der Lithium-Batterien im Lebenszyklus ausgesetzt sind. Beispielsweise kann die Inaktivierung durch lange Zeit hohen Temperaturen, die Oxidation der äußeren Kontakte der Batterie oder sogar die einfache Feuchtigkeitskorrosion Probleme sein, auf die wir achten müssen.

Denken Sie daran, dass Ihre chemische Energie bei der Feuchtigkeit in der feuchten Jahreszeit über Ihre Vorstellungskraft hinausgeht.

Mit anderen Worten, wenn jede Lithium-Ionen-Batterie vom Hersteller ausgeliefert wird, beginnt ein kleiner Countdown im Inneren. Unser Umgang mit der Batterie kann höchstens die Zeit bis zum Ende des Countdowns verlängern.

Natürlich ist die Situation nicht so pessimistisch wie es scheint. Wenn die richtigen Betriebsmethoden angewendet werden, kann die "arbeitsfähige Lebensdauer" einer Lithium-Batterie sehr lange sein. Im Vergleich zu den gelegentlich mitgenommenen Powerbanken sollten wir uns eher auf die älteren Handys oder Tablets in unserem Haushalt konzentrieren –

Wenn Sie ähnliche Sammlungsgewohnheiten haben, sollten Sie besonders aufpassen.

Obwohl die meisten Smartphones, die in den letzten zehn Jahren hergestellt wurden, im Inneren über ein gewisses Batterieschutzsystem verfügen, beträgt die durchschnittliche Lebensdauer einer Handy-Lithium-Batterie 300 bis 500 Lade-Entlade-Zyklen. Bei der normalen Nutzung entspricht dies etwa zwei bis drei Jahren.

Danach treten zwar keine offensichtlichen physischen Veränderungen an der Lithium-Batterie auf, aber Phänomene wie eine Verringerung der Gesamtkapazität, instabile Spannung und Schwierigkeiten beim Laden sind fast unvermeidlich.

Deshalb, obwohl wir diese alten Geräte in der Regel nicht intensiv nutzen, müssen wir uns dennoch um ihre tägliche Wartung kümmern, wenn wir möchten, dass sie uns lange Zeit begleiten und wir gelegentlich den Bildschirm aufleuchten lassen können, um an die Vergangenheit zu erinnern.

1. Lithium-Batterien mit physischen Anomalien

Wenn die Batterie Ihres alten elektronischen Geräts physische Veränderungen aufweist, wie Aufblähung, Flüssigkeitsaustritt, unangenehmer Geruch oder ungewöhnliche Hitzeentwicklung, zögern Sie nicht, die Batterie sofort auszubauen. Dies dient nicht nur dem Schutz des elektronischen Geräts selbst, sondern auch der Vermeidung von gefährlichen Batteriephänomenen wie Feuer und Explosion.

Für die Aufblähung der Batterie gibt es sogar einen speziellen Begriff: "spicy pillow" (brennender Kissen).

Im Gegensatz zu einem einfachen Kurzschluss durch Lithiumausscheidung entsteht die Aufblähung der Batterie durch die ungewöhnliche chemische Reaktion zwischen Anode und Kathode über einen langen Zeitraum, die zu einer Gasansammlung im Inneren der Batterie führt. Die Batterie ist nicht nur anfälliger für äußere Einwirkungen. Wenn die aufgeblähte Batterie platzt, kann die entstehende Gasströmung und die exotherme Oxidation dazu führen, dass die Batterie "entzündet" oder sogar wie ein Feuerwerfer wird. Die Gefahr ist weit größer als bei einer einfachen Selbstentzündung.

Wichtig ist, dass Sie die Batteriehülle niemals manuell öffnen oder die Aufblähung aufstechen sollten, wenn Sie bemerken, dass die Batterie aufgebläht ist. Wie zuvor erwähnt, kann die plötzliche Berührung des Anoden- und Kathodenmaterials mit der Luft zu einer heftigen exothermen Oxidation führen. Zusammen mit dem plötzlich sinkenden Luftdruck ist dies wie eine selbstgemachte Brandbombe.

Wenn möglich, bringen Sie die aufgeblähte Batterie zusammen mit dem elektronischen Gerät am besten in eine Handyreparaturwerkstatt oder an einen anderen Ort, der speziell mit elektronischen Abfällen umgeht. Bitten Sie einen erfahrenen Fachmann, die Batterie auszubauen. Bei solchen brennbaren Operationen ist es am besten, sich an Fachleute zu wenden. Werfen Sie die Batterie nicht einfach in den Müll, das würde nur anderen Schwierigkeiten machen.

Außerdem kann eine aufgeblähte Batterie nicht durch Eintauchen in Salzwasser entladen werden. Wenn die Hülle beschädigt ist, können die im Inneren gespeicherten Gase sowie Anode und Kathode mit Wasser in Kontakt kommen, was eher zu einer Explosion führen kann.

Bei den Powerbankprodukten, die in der Rückrufliste enthalten sind, müssen Sie unbedingt die Anleitung des Herstellers befolgen. Prüfen Sie zuerst, ob das Produkt physisch deformiert ist, und führen Sie dann die Schritte zur Zerstörung des Produkts durch Eintauchen in Salzwasser genau nach Anleitung aus: