Пауэрбанк в самолете: ученый Пермского Политеха рассказывает, чем устройство опасно и почему его хотят запретить
Портативные зарядные устройства давно стали неотъемлемой частью не только ручной клади, но и багажа многих путешественников. Однако случаи возгораний на борту самолетов заставляют авиационные власти внимательнее присмотреться к этим гаджетам. Особую обеспокоенность вызывает не столько сам факт наличия пауэрбанка в салоне, сколько его использование во время полета.
Что такое пауэрбанк и как он работает
— Пауэрбанк — это комплект батареек, обычно литий-ионных или литий-полимерных, с контроллером и дополнительной электроникой. Основными компонентами являются одна или несколько аккумуляторных ячеек, плата, управляющая подачей и приемом энергии, преобразователь напряжения для повышения до нескольких вольт, а также разъемы для подключения внешних устройств и для пополнения собственного запаса электричества, — делится Андрей Затонский, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Автоматизации технологических процессов» Березниковского филиала Пермского Политеха.
Как продолжает ученый Пермского Политеха, с точки зрения физики во время зарядки внутри литий-ионного аккумулятора создаются положительно заряженные ионы лития, а при разрядке они отдают свою энергию катоду — положительному электроду, который служит принимающей стороной в этой электрохимической системе.
Когда пауэрбанк выходит из-под контроля
— Ион лития сравнительно меньше ионов никеля, поэтому при тех же габаритах литиевые батареи накапливают больше энергии, чем металлогидридные. Кроме того, первые источники питания почти не деградируют со временем, выдерживают сотни циклов перезарядки и лишены эффекта памяти, когда накопитель запоминает неполную зарядку. Именно сочетание этих качеств позволило подобным батареям вытеснить остальные типы и стать доминирующим решением для портативной электроники, — рассказывает эксперт ПНИПУ.
Как отмечает Андрей Затонский, литий — очень активный металл, охотно реагирующий с кислородом и водой, то есть с компонентами воздуха. При случайном повреждении аккумулятора просочившиеся наружу ионы способны воспламениться, разрушая корпус дальше. Литий-ионные батареи также чувствительны к перегреву, глубокому разряду и перезаряду. Если напряжение падает слишком низко, внутри образуются проводящие дендриты — микроскопические игольчатые кристаллы, способные пробить внутреннюю изоляцию батареи и вызвать короткое замыкание, а при сильном перезаряде электролит разлагается с выделением газа. Именно поэтому у всех таких источников энергии есть встроенная плата защиты, отключающая элемент при выходе за безопасные пределы.
— Если температура электролита приближается к 200 °C, возгорание возникает прямо внутри оболочки, выделяется много газа, и аккумулятор взрывается с выбросом пламени. Такой нагрев возможен при случайном коротком замыкании — соединении плюса и минуса проводником или электропроводной жидкостью. Но перегрев может начаться и без внешнего воздействия, например из-за внутреннего короткого замыкания, вызванного дефектом сепаратора — тонкой пористой пленки, разделяющей положительный и отрицательный электроды внутри аккумулятора, — или ростом дендритов. Запускается тепловой разгон — процесс, при котором каждые следующие десять градусов выделяют все больше тепла, создавая цепную реакцию, которую практически невозможно остановить, — отвечает ученый пермского Политеха.
Почему именно в самолете
В салоне самолета ситуацию усугубляют вибрация и перепады давления. Постоянная низкочастотная вибрация способна постепенно разрушать внутренние слои-сепараторы, что ведет к соприкосновению электродов и опять же к короткому замыканию. Особенно коварны скрытые дефекты, например микротрещины в тонкой разделительной пленке или осадок ионов лития: на земле они долго не проявляют себя, но в условиях вибрации и перепадов давления могут внезапно привести к короткому замыканию или разгерметизации именно во время полета.
— Действующие авиационные правила запрещают сдавать пауэрбанки в багаж — их можно провозить только в ручной клади. Причина в том, что в салоне самолета любое возгорание можно быстро заметить и попытаться потушить или изолировать, а в багажном отсеке, куда нет доступа во время полета, пожар от литиевой батареи развивается незаметно, и штатные системы пожаротушения не рассчитаны на такой тип возгорания. Проще говоря, с опасностью легче справиться, когда она находится в зоне видимости, — комментирует эксперт ПНИПУ.
Есть ли разница перевозки включенного и выключенного пауэрбанка
По словам Андрея Затонского, при использовании пауэрбанка, то есть во время зарядки подключенного устройства, внутри аккумулятора возникает электрический ток разряда. Этот ток, даже ограниченный стандартным USB-кабелем — максимум 2-3 ампера, приводит к нагреву батареи из-за ее внутреннего сопротивления.
— Производители рассчитывают пауэрбанки так, чтобы при штатной нагрузке температура не достигала опасных значений, однако на практике из-за дефектов производства или старения ячеек нагрев может оказаться выше расчетного. В полетных условиях к этому добавляются вибрация и перепады давления — и даже умеренный нагрев быстрее переходит в неконтролируемый процесс. Именно поэтому перевозка выключенного пауэрбанка безопаснее его активного использования в салоне, — объясняет эксперт.
Что насчет другой техники
С точки зрения физики, химический состав батарей в пауэрбанках, смартфонах и ноутбуках действительно одинаков: везде используются литий-ионные или литий-полимерные аккумуляторы. Принципиальная разница кроется не в самом элементе, а в его окружении, то есть в электронной начинке устройства.
— Смартфоны и ноутбуки — это сложные «умные» системы с датчиками температуры, тока и напряжения. При перегреве процессор снижает нагрузку, ограничивает ток или отключает батарею, предотвращая аварию. Пауэрбанки же, напротив, конструируются с оглядкой на низкую себестоимость. Производители ставят упрощенные платы защиты, реагирующие только на короткое замыкание, и используют менее качественные ячейки без термоконтроля. Именно это сочетание дешевой обвязки и нагрузки при зарядке телефона делает портативное зарядное устройство гораздо уязвимее защищенного смартфона, — заключает ученый Пермского Политеха Андрей Затонский.
Главная проблема пауэрбанков — не в химии батарей, которая одинакова у всех гаджетов, а в сочетании трех факторов: отсутствии термозащиты, нагрузке при зарядке телефона и условиях полета — вибрации и перепадах давления. Портативное зарядное устройство остается незаменимым в аэропорту, транспорте, гостинице или во время прогулки — везде, где нет розетки, но именно в полете его не стоит использовать ввиду потенциальных рисков и рекомендаций авиакомпаний.