باتری های لیتیومی-یونی ناسا نیز دچار آتش سوزی می شوند؛ علت چیست؟

حدود چهار ماه پیش بود که جمعی از محققین آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا مشغول آماده سازی رباتی با شکل و شمایل یک میمون به نام RoboSimian بودند تا آن را به فضایی خارج از محدوده آزمایشگاه انتقال دهند.

این ربات که قد و قواره اش حدودا یک متر بود ساخته شده بود تا در شرایط سخت به کمک امدادگران انسانی بیاید و جان افراد در خطر را نجات دهد.

اما باز گردیم به محیط آزمایشگاه؛ پژوهشگران در جریان فعالیت های خود تصمیم گرفتند که باتری لیتیومی یونی ربات را با یک باتری جدید تعویض نمایند و سپس فضای آزمایشگاه را ترک کردند تا هم ناهارشان را صرف کنند و هم اینکه به منبع تغذیه جدید زمان بدهند تا شارژ شود.

در این فاصله ربات در آزمایشگاه تنها ماند و باتری آن دچار سرنوشتی شد که آینده گلکسی نوت 7 سامسونگ را بر باد داد: منفجر شد. از ربات دود شدیدی به آسمان بلند شد و بعد شعله های آتش آن را در برگرفتند. دود برخاسته از این ربات پژوهشگران را هوشیار کرده و سراسیمه به سراغ میمون رباتیک آمدند تا ماجرا را از نزدیک رصد کنند.

همانطور که تایید می کنید انفجار باتری های لیتیومی یونی اتفاق تازه ای نیست. اگر خاطرتان باشد سال گذشته خبر آتش گرفتن یک هاوربورد را داشتیم که به عنوان هدیه کریسمس خریداری شده بود. از آن سو نمی توان سیگارهای الکترونیکی را با خود در سفرهای هوایی حمل کرد چراکه ممکن است در بخش بار دچار آتش سوزی شوند و اگر در فکر خرید گلکسی نوت 7 سامسونگ بوده اید حتما می دانید که این موبایل در ماه های اخیر با مشکلات عدیده ای از باب ایمنی دست و پنجه نرم کرده است.

Jay Whitacre از اساتید رشته مهندسی و علوم مواد دانشگاه کارنگی ملون که پیشتر در آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا روی باتری ها تحقیق می کرد در این باره می گوید: به طور کلی یک سل لیتیوم یونی خطرناک است و می تواند موجب بروز آتش سوزی عظیمی شود.

تلفن های همراه معمولا یک عدد سل دارند در حالی که RoboSimian حدود 69 عدد از آنها را در خود جای داده بود. حتما تصاویر مربوط به آتش گرفتن باتری نوت 7 را دیده اید، حال تصور کنید که اتفاق رخ داده برای ربات ناسا تا چه حد گسترده بوده است.

از طرف دیگر، چون ناسا فضاپیماهایی حاوی باتری های لیتیومی می سازد و به فضا می فرسد (این وسایل بالاخره روزی قرار است انسان را حمل کنند) مشکل آتش گرفتن این باتری ها اهمیتی دوچندان می یابد. مجموعه عظیم باتری هایی که درون ربات ها، فضاپیماها و غیره قرار دارند همگی با این خطر روبرو هستند. این باتری ها حجم قابل توجه ای انرژی را در خود جای داده اند که به سرعت آزاد می شود و می تواند کشنده باشد. در واقع هرچه انرژی ذخیره شده در این باتری ها بیشتر باشد لازم است که توجه بیشتری به آن معطوف گردد.

طبق گفته لاین لی یکی از محققین آزمایشگاه ناسا، انفجار ناشی از باتری به کار رفته در ربات یاد شده نیرویی برابر با یک دینامیت داشته. او در ادامه گفت: اگر به مسیر خروج آتش دقت کرده باشید متوجه می شوید که محققان ما فاصله زیادی تا ربات نداشتند و این حادثه می توانست پیامدهای ناخوشایندی را به دنبال داشته باشد.

بعد از انفجار اولیه باتری، یکی از کارآموزان آزمایشگاه کناری محل نگهداری میمون رباتیک، از پنجره اتاق آتش را با استفاده از کپسول حاوی CO2 خاموش کرد اما آتش پایدارتر از این حرف ها بودو او برای فرو نشاندنش به آب نیاز داشت.

در این حین یکی دیگر از کارآموزان با آتش نشانی سازمان تماس گرفت و آتش نشان ها کمی بعد با ماسک های تنفسی ویژه از راه رسیدند و با استفاده از یک گیره RoboSimian را از فضای آزمایشگاه خارج و سپس حریق را خاموش کردند.

سوال اینجاست: دقیقا چه اتفاقی رخ داده بود؟

گزارش نهایی در مورد علت آتش سوزی هنوز منتشر نشده اما آنطور که برت مندی مدیر پروژه RoboSimian می گوید جزئیات زیادی در مورد این حادثه وجود دارند و هم اکنون در دست بررسی هستند.

باتری های لیتیومی یونی یک سر مثبت (آنود) و یک سر منفی (کاتد) دارند که توسط نوعی الکترولیت مایع از هم جدا می شوند و این ماده به شدت محترقه است. وقتی باتری در حال شارژ باشد یون ها از سر مثبت به سر منفی می روند.

Whitacre می گوید در حین شارژ در واقع شما جریانی را به این ماده وارد می کنید و تا زمانی که باتری به بالاترین ولتاژ خود برسد این کار ادامه می یابد. بعد از رسیدن به این نقطه لازم است جریان را متوقف نمایید و اگر این کار را انجام ندهید باتری دچار اختلال عملکرد شده و گاهی اوقات منفجر می گردد.

کندی در مورد این حادثه می گوید: خود باتری به عنوان یک کلیت اورشارژ (شارژ بیش از اندازه) نشده بود. در واقع آنها از نوعی سیستم مانیتورینگ استفاده می کردند که ولتاژ و جریان کلی باتری را به صورت مستمر پایش می کرد و هر زمان که این دو فاکتور از میزان معین خارج می شدند فرایند شارژ متوقف می شد.

اما براساس تحلیل های اولیه صورت گرفته در این باره یکی از سل های به کار رفته در باتری دچار آسیب گشته و اطلاعات گمراه کننده ای را برای تجهیزات پایشی ارسال کرده و در نتیجه این اتفاق تک تک پیل ها بیش از حدی که باید شارژ شده اند.

البته اشاره نماییم که Whitacre نه فرضیه ای را تایید کرد و نه در مقام رد آن برآمد (شواهد در اختیار وی تنها به همین ویدیوی غیررسمی خلاصه می شوند) اما یک مساله در نظر او روشن است: اتفاق خیلی سریع رخ داده و از این جهت نمی توان گفت که به فرایند کند آتش گرفتن باتری های دیگر شباهتی داشته است.

او در ادامه می گوید: باتری ها از تعدادی سل کوچک ساخته می شوند و اینکه یکی از آنها دچار مشکل شود امری عادی است. در ادامه نیز آن سل به سل های مجاورش آسیب می زند و سپس فاجعه به صورت سلسله وار ادامه می یابد. اما اتفاقی که برای ربات افتاده اندکی عجیب است چراکه ظاهرا همه سل های درون باتری به یکباره دچار مشکل شده اند یا اینکه دست کم یکی از آنها در کمترین زمان به شدت داغ شده است.

صنعت انفجار

باتری های لیتیومی یونی بخشی ضروری از منبع تامین انرژی ناسا به شمار می روند و هم اکنون در کاوشگر کنجکاوی، فضاپیمای OSIRIS-REx که چندی قبل به سمت یک شهاب سنگ پرتاب شد، ماموریت Juno و همچنین ایستگاه فضایی بین المللی مورد استفاده قرار می گیرند.

Whitacre در ادامه صحبت هایش یادآور می شود که این باتری ها به صورت کلی در صنعت هوافضا و ماهواره ها کاربردهای زیادی دارند و به شکلی وسیع مورد استفاده قرار می گیرند.

اما اهمیت استفاده از این باتری ها در صنعت هوافضا نیز از آن جهت است که حجم بالایی از انرژی را در قیاس با ابعاد کوچک شان در خود جای داده اند، در بازه عمرشان نیز شارژ را برای مدتی طولانی نگه می دارند، اگر بدون استفاده در جایی نگه داشته شوند به سرعت خالی نمی شوند و اینها دقیقا همان مشخصه هایی هستند که در فضا به آنها نیاز داریم.

اما به خاطر حساسیت سیستم هایی که پرواز می کنند، ناسا نظارت و بررسی دقیقی را روی آنها انجام می دهد تا از بابت ایمنی شان اطمینان لازم را کسب نماید. اگر هم یک باتری دچار مشکلات و نقایص ذاتی باشد مهندسان مدت ها قبل از ارسالش به فضا این موضوع را می دانند. Whitacre می گوید: با در نظر داشتن همین مساله اگر چنین اتفاقی حین پرواز یک فضاپیما رخ دهد به شدت شگفت زده خواهیم شد.

در مورد RoboSimian اما باید بگوییم که به لحاظ تکنیکی قرار نبود به فضا ارسال شود و آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا نیز در تلاش است تا راهکارها مناسب برای استفاده از این ربات به منظور «گردآوری سازه های مداری نظیر تلسکوپ های عظیم الجثه» را بیابد. اگر این ربات میمونی شکل در آینده به فضا ارسال شود و مشکلی پیش نیاید آنگاه طیف کامل آزمایشات را پشت سر خواهد گذاشت اما چون این ربات خاص قرار نبود که به فضا ارسال شود در نتیجه آزمایشات صورت گرفته روی آن نیز سختی معمول را نداشتند.