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Riscos de Explosão - Preocupações com a utilização de Celulares e Laptops

Riscos de Explosão - Preocupações com a utilização de Celulares e Laptops


Apesar de diversas matérias publicadas no país e no exterior, será que nada pode ser feito e seria este o preço a ser pago pelo uso da tecnologia?

Por Estellito Rangel Jr 

 

Engenheiro eletricista, consultor em sistemasindustriais e instalações em áreas classificadas.

Histórico

As preocupações com a utilização de celulares não são de hoje. Um estudo publicado nos Estados Unidos em 1999 [1] debateu sobre a aplicação de celulares (da época), em áreas classificadas (regiões sujeitas à ocorrência de uma atmosfera explosiva, o que neste caso exige que apenas os equipamentos elétricos e eletrônicos especiais sejam usados). O sumário das conclusões foi que "o uso de celulares, em condições normais, em postos de combustível, apresenta um risco desprezível, com remotas possibilidades de provocar acidentes".

Não obstante, cidades de vários países - inclusive no Brasil - emitiram leis proibindo o uso de celulares em postos de combustíveis, como Rio de Janeiro e São Paulo [2].

Trabalhos técnicos apresentados em congressos internacionais [3], relataram que apesar do risco baixo, apenas celulares desenvolvidos e certificados poderiam ser usados com segurança em áreas classificadas.

De lá para cá, a tecnologia fomentou uma busca incessante de baterias com cada vez maiores densidades de carga (mAh/mm3), ou seja, maior capacidade por volume, tendo surgido no mercado as baterias de íon-lítio.

Relatos e preocupações

Os grandes fabricantes de laptops já efetuaram recall de milhares de baterias. O vídeo abaixo relata estes recalls, bem como mostra uma bateria de lítio incendiando após ter sido sobreaquecida por uma grelha elétrica colocada sob o laptop. Esta é apenas uma situação em laboratório (as vítimas das ocorrências registradas na mídia não utilizaram tais grelhas), porém serve para ilustrar as consequências do desdobramento do fenômeno "thermal runaway": incêndio e explosão das células das baterias. A reação incendiária nas baterias de lítio com eletrólito líquido têm o agravante que elas não precisam do oxigênio do ambiente para alimentar a chama: todo o necessário já se encontra na própria célula. Para combater tal incêndio de forma segura, não se deve jogar água, nem se colocar um pano para abafar: o recomendado é um extintor classe D (fogo em metais combustíveis e pirofóricos). A velocidade da reação é rápida: em um minuto já ocorrem altas chamas.

 

 

Pseudo-causas:

É comum encontrarmos na mídia a atribuição da explosão de celulares a "baterias não-originais" e ao uso de "carregadores piratas". Apesar de oferecerem risco devido à menor qualidade dos componentes, estas não podem ser consideradas como causas, já que temos registros de recall das próprias baterias originais, bem como em várias situações os celulares incendiados estavam em uso normal, não em recarga. Ressalte-se que no caso do Samsung Galaxy Note 7, até em aparelhos desligados foram relatados incêndios. No vídeo abaixo, temos uma bateria de lítio se incendiando após ter sido perfurada; na vida real, não temos usuários furando as baterias (cujo efeito é provocar um curto-circuito nas mesmas). O que ocorre na prática é um evento que provoca a liberação da mesma energia: um curto-circuito interno!

 

 

Também encontramos na internet relatos inconsistentes que apontam para pseudo-causas, como o registro de medições de "50 V nos terminais de fone de ouvido do celular devido a um carregador pirata". Considerando-se que as baterias de celular são de 5 V, e mesmo os carregadores não-originais operariam obrigatoriamente na mesma faixa de tensão, causou estranheza tal afirmação, pois se aplicarmos 50 V em um celular, os componentes internos se queimarão. Posteriormente, foi verificado que o instrumento de medição utilizado no vídeo era inadequado e apresentava erro naquela aplicação, o que invalidou a hipótese!

A verdadeira causa

Uma vez que os fabricantes de celulares buscavam baterias com cada vez maior densidade de energia, surgiram as baterias de lítio com eletrólito líquido e eletrodos de carbono, que poderiam atingir uma densidade total de energia até 600 Watts-hora por litro (Wh/L) no nível da célula.

O caso mais famoso sobre incêndios e explosões com celulares ocorreu com o Samsung Galaxy Note 7, que após ter sido proibido em vôos comerciais de todo o mundo, sofreu um recall de US$ 5 bilhões que envolveu 1 milhão de unidades e não resolveu o problema, acarretando na interrupção de sua fabricação, decretada em 11/10/2016 [4]. Em 22/1/2017 a Samsung fez o comunicado oficial sobre o resultado da investigação interna, que apontou duas causas, originadas no processo de fabricação das baterias (que foram adquiridas de dois subfornecedores, Samsung SDI e Amperex) [5]:

1- Posição inadequada do eletrodo negativo;

2- Soldagem interna inadequada, com formação de pontas que perfuravam uma fita isolante e provocava curto-circuito interno entre as camadas.

Porém, como várias marcas e modelos de celulares registram ocorrências similares, pesquisadores descobriram que os eletrodos de carbono utilizados neste tipo de baterias, acabam formando estruturas nanoscópicas, chamadas dendritos, que causam curtos-circuitos internos às baterias. Ou seja, as causas seriam químicas, e não apenas mecânicas, como divulgado pela Samsung. E a formação dos dendritos poderia ocorrer ao longo do uso, não necessariamente em sobrecarga. Portanto, ao contrário do que muitos pensam, o evento principal não é um curto-circuito nos terminais externos da bateria, mas sim um curto-circuito interno devido à geometria da construção e aos materiais utilizados (que possuem uma estrutura química instável, propensa à combustão espontânea). Desta forma, como os eventos continuaram a ocorrer, mais pesquisas foram feitas buscando novas alternativas para se conseguir maiores densidades de carga de forma segura [6].

As soluções

Recentemente, uma pesquisa apontou uma alternativa para resolver o problema da combustão das baterias de lítio metálico: o uso de um eletrólito sólido de lítio e a adição de uma interface com o eletrodo que o mantivesse estabilizado durante a recarga. O uso de uma camada de cerâmica promoveu a estabilização da superfície do eletrólito, evitando que os dendritos se formassem e impedindo que as baterias pegassem fogo, mesmo em sobrecarga. Em princípio, as novas baterias com eletrólito sólido poderão atingir 1.200 Wh/L, e a nova tecnologia, por empregar cerâmica (que não é combustível), já foi ensaiada a mais de 980 graus Celsius. E por não conter líquidos na bateria, fica afastada a possibilidade de combustão [7].

O que fazer

Conforme agora sabemos, os riscos de incêndios e explosões são devidos à tecnologia das baterias de Li-íon com eletrólito líquido, que são inerentemente instáveis. E elas não estão presentes apenas em celulares, mas em vários equipamentos eletrônicos, como laptops, brinquedos (como patinetes e skates elétricos, os "hoverboards") e até automóveis [8] e [9]. A criticidade é tal que há vídeos mostrando incêndios com celulares em uso normal!

A partir dos registros dos diversos casos, caberia às entidades reguladoras (no caso do Brasil, a ANATEL), divulgá-los como alertas à população, bem como suspender a comercialização das marcas e modelos envolvidos em acidentes até que as causas fossem identificadas e os fabricantes notificados a apresentar soluções (como fez a Samsung), de modo a promover a segurança dos cidadãos! As entidades da sociedade civil precisam pressionar a ANATEL neste sentido!

Até que uma ação efetiva seja tomada pelas autoridades, cabe recomendar que os usuários conheçam o tipo de bateria que equipa seus aparelhos e os mantenham sempre sob vigilância, em condições de fácil acesso e pronta remoção de onde estiverem, evitando apoiá-los em materiais de fácil combustão, como sofás, almofadas, etc. mesmo que não estejam em recarga!

Referências

[1] Exponent Failure Analysis Associates - Cell phone usage at gasoline stations. Menlo Park, California, USA, Dezembro 1999.

[2] Rangel Jr., Estellito - Celulares e áreas classificadas. Revista Eletricidade Moderna, Seção Em Ex (a primeira coluna mensal dedicada exclusivamente ao tema áreas classificadas), fevereiro 2008, pp. 178-180. Acessível em: http://bit.ly/2CA97lk

[3] Allan Bozek, Ken Martin e Marty Cole - Mobile phones in Category 3 explosive gas atmospheres. 4th European Conference on Electrical and Instrumentation Applications in the Petroleum & Chemical Industry, pp. 122-132, 2007. Acessível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/4353999/

[4] "Companhias aéreas no Brasil proíbem Samsung Galaxy Note 7 em aviões", Folha de S. Paulo, 21/10/16. Acessível em: https://www1.folha.uol.com.br/mercado/2016/10/1825136-empresas-aereas-no-brasil-proibem-samsung-galaxy-note-7-em-avioes.shtml

[5] Comunicado oficial da Samsung sobre as causas de explosões no Galaxy Note 7. Acessível em: https://youtu.be/mnpF7p37x3I

[6] A. Lahiri, N. Shah e C. Dales - Building a safer, denser lithium-ion battery. IEEE Spectrum, vol. 55 no. 3, pp. 34-39, 2018. Acessível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/8302385/

[7] Nathan J. Taylor, Sandra Stangeland-Molo, Catherine G. Haslam, Asma Sharafi, Travis Thompson, Michael Wang, Regina Garcia-Mendez, and Jeff Sakamoto - Demonstration of high current densities and extended cycling in the garnet Li7La3Zr2O12 solid electrolyte. Journal of Power Sources, vol.: 396, 31 August 2018, Pages 314-318, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2018.06.055 Acessível em: https://www.researchgate.net/publication/325951639_Demonstration_of_high_current_densities_and_extended_cycling_in_the_garnet_Li7La3Zr2O12_solid_electrolyte

[8] W. Li e Y. Cui - Less fire, more power: without the needlelike growths that can short out cells, lithium-ion batteries will be safer. IEEE Spectrum, vol. 55, no. 9, pp. 44-48, 2018. Acessível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/8449049/

[9] J. Zhang, L. Zhang, F. Sun e Z. Wang - An overview in thermal safety issues of lithium-ion batteries for electric vehicle application. IEEE Spectrum, vol 6, pp. 23.848-23.863, 2018. Acessível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/8353709/