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那些没3C过不了安检的充电宝,是怎么爆炸的?

为什么充电宝在机舱中更易燃烧低压低氧环境加剧风险——低压低氧环境加剧锂电池风险

今年夏天,因近期充电宝自燃、爆炸事件频发,民航对此展开严查,一些机场安检口拦下的充电宝堆成了筐。充电宝起火的“罪魁祸首”,和时常登上热搜的 “电动车自燃”一样,都是锂离子电池(俗称锂电池)


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如此“危险分子”,为何在我们身边随处可见?


Part.1

偶尔搞事情,没它却不行

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在老一辈人的刻板印象中,“电池”要么是驱动玩具、闹钟的小东西,要么是死沉死沉、还要频繁更换的“电瓶”。这其实是传统的铅酸电池,其内部以氧化铅和金属铅为正负电极、硫酸溶液为电解液,笨重又不环保。


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大块头铅酸蓄电池


而本世纪异军突起的锂电池不同,它的电极(尤其是负极)通常由金属锂或锂化合物制成,有些还采用固态电解质。锂的密度不到铅的1/20,充电、放电效率也更高。通常来说,同等重量或体积的锂电池,储电量远大于铅酸电池,使用寿命也更长,还没有重金属和强酸污染。


正因为有了轻盈高效的锂电池,手机才能在性能暴增的同时,从砖头般的“大哥大”瘦身成薄薄一片;电动汽车才能从跑不快、跑不远的电瓶车,进化为燃油汽车的强劲对手。锂电池带来的澎湃能量,当今无可替代。


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当今电动汽车大多采用锂电池包,底盘几乎铺满电池,以满足续航需;而手机、充电宝和笔记本电脑,只需一块轻巧的锂电池即可运转。


可惜锂电池的安全性,至今仍略有欠缺。尽管经过科研人员多年努力,锂电池变得越发“皮实温顺”,在手机、充电宝和笔记本电脑上已经风险很低;但由于锂元素本身的特性,它们仍可能在极端情况下来个“狂暴变身”。


Part.2

盖世“轻功”压群雄

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锂元素是元素周期表的3号元素,拉丁文名称Lithium来自希腊语 “lithos(石头)”,因为化学家最早在透锂长石矿物中发现了它。锂的相对原子质量仅大于氢、氦两种最轻的元素,也是金属元素中最轻的。


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锂元素在地壳中含量不高,粉红色的锂辉石是主要含锂矿物之一。图源:图源:mineralexpert.org


在常温下,锂是银白色的软质固体,密度仅0.534克/立方厘米——不但比水轻,而且比酒精、煤油、汽油等所有常见液体都轻,放进去都能浮起来!而锂的化学性质活泼,必须隔绝空气保存。相比金属钠、金属钾能保存在煤油中,白磷能封存在水中,如何在实验室里保存锂,很让化学家头疼。最终,锂被保存在固态的石蜡或硅脂中,或是用液态石蜡真空封存。虽然每次使用前都要清理表面,但只能“两害相权取其轻”了。


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锂是最轻的金属,常温下密度仅 0.534克/立方厘米,与松木相仿,比水和各种常见液体都轻,总会浮起来。


Part.3

脾气暴躁?那得看跟谁比

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锂属于元素周期表第二周期IA族,与钠、钾、铷、铯、钫这些同族小弟同为“碱金属元素”——因为它们都能与水反应,生成碱性的氢氧化物。


锂和其他碱金属元素,原子最外层都仅有一个电子,在化学反应中很容易失去这个电子、生成+1价的阳离子。如果把一块绿豆大小的锂投入水中,它立刻就会在水面转着圈儿“滋滋”冒气,不一会儿就消失不见。这是它在与水反应,生成氢气和可溶于水的中强碱——氢氧化锂(LiOH)。


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锂在水里“点燃”是因为锂的强还原性与水剧烈作用,放热反应造成氢气燃烧。图源:periodictableguide.com


不光是水,锂还能与空气中的“老实人”氮气发生反应,生成黑褐色的氮化锂(Li₃N)。高温下,锂还能在纯氮气中,乃至平时用来灭火的二氧化碳、六氟化硫气体中燃烧!简直相当暴躁了。


为什么充电宝在机舱中更易燃烧


低压低氧环境加剧风险——


低压低氧环境加剧锂电池风险:飞机巡航时,舱内气压约为地面80%(相当于海拔2400米左右),锂电池内部压力与外部不平衡,可能造成壳体膨胀、电解液泄漏。


氧气浓度低但更易燃:虽然高空氧气较少,但一旦锂电池热失控(如短路),释放的可燃气体(如氢气、电解液蒸汽)在密闭机舱内更易聚集,遇火花可能爆燃。


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锂电池热失控原因——

内部短路:飞机起降时的震动或挤压可能导致电池隔膜破损,正负极直接接触短路。

高温环境:行李舱或座椅下方散热差,热量积累会加速电解液分解。


(“3C”,指的是中国的强制性产品认证制度,英文全称是 China Compulsory Certification。充电宝的3C认证检测需通过电芯安全测试、外壳阻燃性、电路保护设计、电磁兼容性测试,不过有“3C”不意味着绝对安全,合规安全地使用同样重要,不要在飞机飞行过程中使用!



然而俗话说得好,“全靠同行衬托"。碱金属元素个个性质活泼,实验室常见的钠、钾都能与氧气剧烈反应,甚至扔进水里直接爆炸。相比之下,锂与水的反应堪称“温柔”,在常温下也不易与氧气反应。这么一比,锂又成了家族中的沉稳长兄!


不过,如果把锂加热到熔融状态,它就会变身“炸药桶”,与氧气发生爆炸性的化合反应,生成氧化锂(Li₂O)——这就是为何锂电池平时不出事,但要是充电太久或超负荷运转,温度过热,就可能自燃或爆炸。由于锂能在灭火气体中燃烧,所以比一般火焰更难扑灭,也更容易造成二次爆燃


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用湿毛巾/灭火毯扑灭,有灭火器更好;不要移动燃烧中的充电宝,机械冲击可能引发新的短路;勿徒手触碰残骸,燃烧后的电解液有强腐蚀性;通风散毒气。


Part.4

有“锂”走遍天下

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除了做电池,锂还是众多工业领域的当红新星,号称“第四次工业革命的白色石油”。锂的密度小,常用于制造轻质合金,如飞机上的铝锂合金;锂化物能有效降低陶瓷材料的熔点,是良好的助熔剂;氟化锂对紫外线的透明度极高,可用于天文观测;由硅酸锂制成的锂玻璃,是电视机显像管的重要材料。


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我国自主研发的C919客机,在机翼结构、机身蒙皮等部位大量使用第三代铝锂合金。这是一类添加了锂元素的铝合金材料,密度小、强度高,适用于飞机制造。


锂在地壳中的含量不高(仅占0.0065%),全球估测储量不到 9000万吨。它主要以化合态存在于锂辉石、锂云母、透锂长石和磷铝石等矿物中,此外盐湖卤水、地下卤水中也有锂离子。


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我国最大的锂盐湖——西藏扎布耶茶卡(盐湖),面积247平方公里,湖水中富含碳酸锂。不过湖水的粉红色与锂无关,主要来自富集 B-胡萝卜素的藻类,因此湖水颜色并不稳定。


中国的锂矿储量位居世界第四,但作为全球头号工业国,对锂的需求逐年增长。加上国内锂矿(盐湖)大多集中在青藏高原一带,开采难度大,运输成本高,因此仍需大量进口锂矿。未来发展各项高科技,离不开锂资源安全的保障。



来源:博物

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编辑:小赫Amy


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留言 3

写留言

  • 千嶂云

    23

    没3C和过不了安检是明确的因果关系,但是不一定都会爆炸。有3C的也不一定不爆炸。

  • 诶嘿~

    7

    还得是18650,3c认证电芯,有泄压阀,不上飞机比充电宝好使多了

    [旺柴]

    还便宜

  • 独立思考冷静胡说

    6

    赶快给没有打标的充电宝印上“3C符”,镇镇它。

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