Eksplozivni telefon

Sredi oktobra je v Samsungu vladalo obsedno stanje. Manj kot dva meseca po predstavitvi novega telefona Galaxy Note7 so sprejeli težko odločitev, da telefona ni mogoče rešiti. Ustavili so proizvodnjo, poltretji milijon kupcev po svetu pa pozvali, naj nevarne telefone vrnejo. Težave so se s tem šele začele.

Začelo se je veličastno. Na velikem dogodku 2. avgusta letos v New Yorku je Samsung pompozno napovedal svoj najboljši telefon doslej: Galaxy Note7. Prednaročila so začeli zbirati že naslednji dan, prodaja je stekla 19. avgusta, najprej v ZDA in Južni Koreji. Že v prednaročilih je podiral rekorde, saj ga je naročilo dvakrat več ljudi kakor Galaxy S7. V sredo, 24. avgusta, je Samsung potarnal, da je povpraševanje tolikšno, da mu ne uspejo slediti, in da bodo morali v nekaterih državah začetek prodaje nekoliko zamakniti. Projekcije so kazale, da naj bi do konca leta prodali 15 milijonov naprav; v primerljivem obdobju so prodali zgolj devet milijonov izvodov prejšnjega modela Note5 (šestico so pač preskočili).

Se zgodi

Litij-ionske baterije imajo shranjene veliko energije, zato se je v preteklosti kakšna baterija že zasmodila ali se vnela. Navadno je bil kriv kratki stik, pregretje ali polnjenje prek mere. Doživeli smo tudi že velike vpoklice. Leta 2006 so vpoklicali skoraj deset milijonov Sonyjevih baterij iz prenosnikov Sony Vaio, Fujitsu Lifebook, Gateway in Toshiba.

Galaxy Note7, ki je zagorel. Slika: AndroidAuthority

Zato nihče ni bil posebej pozoren na nekaj avgustovskih poročil v internetu, da so se ljudem novi telefoni pregreli in vneli. Na Floridi naj bi bil nekomu zato celo zgorel džip. Sčasoma se je nabralo skoraj sto poročil o vžigu telefona (samo v ZDA 92) in to je bilo dovolj, da so Samsungu začeli zastavljati neprijetna vprašanja. Nekatere letalske družbe so začele od potnikov zahtevati, naj imajo med letom Note7 ugasnjen. Opozorilo o nevarnem telefonu stevardese preberejo kar takoj za onim standardnim o »nekadilskem letu«. Tudi slovenska Adria telefonov Note7 ne mara.

Prvi vpoklic

V Samsungu so staknili glave in zelo hitro »ugotovili«, da je kriva baterija. Zato so 2. septembra napovedali vpoklic 2,5 milijona telefonov, ki so imeli SDIjeve baterije. Podjetje SDI je, ironično, Samsungova podružnica, drugi izdelovalec baterij, kitajski Amperex Technologies Limited pa v lasti TDKja. V SDI so razumljivo zanikali krivdo. Podjetje ima 7-odstotni tržni delež na trgu litij-ionskih baterij. Vgrajevali so jih tudi v Galaxy S6 in Note7, za sodelovanje pa se dogovarja celo Tesla. Toda Samsung je neomajno krivil SDIjeve baterije in jih začel nadomeščati z ATLjevimi.

Ko razmere v bateriji iz kateregakoli razloga pobezljajo, se sproži verižna reakcija in usoda baterije je zapečatena. Preostane nam le, da jo nesemo na odprto in počakamo, da dogori.

Pri tem si je Samsung življenje otežil tudi sam, saj zelo dolgo niso govorili o vpoklicu (recall), kar prinese uradne postopke, temveč so ves čas omenjali le zamenjavo (exchange) oziroma vrnitev (return and refund). Zaradi tega so imeli precejšnje težave z izvedbo menjave, saj v ZDA UPS in FedEx ter v Nemčiji DHL niso želeli dostavljati paketov s problematičnim telefonom. Samsung je postal tudi prva velika žrtev moderne logike lepljenja baterij v telefon (zavoljo nekaj milimetrov tanjšega ohišja), ki jih uporabnik ne more enostavno odstraniti, zato je bilo treba vračati celotne telefone.

Levo: SDIjeva baterija, desno: ATLjeva baterija. Problematični sta obe. Slika: ElectroIQ.com

Vmes se je moral Samsung ukvarjati še z neumnostmi, kot je barva ikone za baterijo v Androidu. Da bi ljudi prepričal v menjavo in jih obvaroval pred poškodbami, je pripravil sistemsko nadgradnjo za Note7. V telefonih s problematičnimi baterijami je bila ikona za baterijo rdeča, v brezhibnih pa zelena. Ker standard predpisuje, da mora biti bela, je moral dobiti še posebno dovoljenje od Googla. Hkrati je posodobitev v problematičnih baterijah onesposobila polnjenje nad 60 odstotkov.

Kazalo je, da je najhujše mimo, Samsung pa jo bo odnesel z milijardo dolarjev škode zaradi menjave poltretjega milijona baterij. Kako zelo so se zmotili!

Zagorelo na letalu

Lokalni časnik Courier Journal iz Louisvilla v Kentuckyju je 5. oktobra objavil reportažo o še enem Note7, ki je zagorel na letalu. V članku so šele v petem odstavku mimogrede omenili, da telefon od menjave pred dvema tednoma do tega incidenta ni povzročal težav. Pomembnosti tega stavka pa so se brž zavedli drugod. Ameriška potrošniška organizacija se je v petih urah uradno lotila preiskave primera.

Temperatura in napetost baterije ob šoku. Vir: Doh et al, Journal of Power Sources (2008), Thermal and electrochemical behaviour of C/LixCoO2 cell during safety test.

Izkazalo se je, da ima Samsung velikanski problem. Telefon na letalu je bil namreč nov, z domnevno neproblematično baterijo, pred incidentom pa izklopljen. To je silovito zasukalo zgodbo: očitno razlog niso samo SDIjeve baterije. Incident ni bil osamljen.

Operaterji so v naslednjih dneh nehali prodajati Note7, Samsung pa je 11. oktobra sporočil, da so ustavili proizvodnjo. Vse kupce so pozvali, naj telefon izklopijo in vrnejo, ker je nevaren. Samsung je v ta namen izdelal posebne izolirane škatle iz keramičnih vlaken, v katerih je mogoče varno prenašati telefone. V ZDA so kupcem ob zamenjavi za drug Samsungov telefon ponudili še bon za 100 dolarjev, pri nas pa (še) ne.

Čeprav so litij-ionske baterije načeloma varne, veljajo pri letalskem prevozu posebne omejitve, saj je že ena sama defektna baterija dovolj za katastrofo na nebu. Na letala lahko neomejeno prinašamo elektronske naprave z vstavljenimi litij-ionskimi baterijami, kot to predvideva izdelovalec. Povsem drugače pa je z baterijami, ki niso vstavljene v nobeno napravo. Zanje veljajo strožje omejitve iz treh razlogov: lažje se poškodujejo kot v napravi, kak zablodeli kovinski predmet jih lahko kratko sklene in v večjih količinah so pakirane tako skupaj, da težave ene baterije povzročijo pregretje celotnega paketa in verižno reakcijo.

Ameriška Zvezna uprava za letalstvo (FAA) v prtljagi, ki jo oddamo v tovorni prostor, prepoveduje litij-ionske in litij-metalne baterije zunaj naprav. Za lastno rabo v normalnih količinah pa jih je dovoljeno imeti v ročni prtljagi, a jih moramo po vkrcanju vzeti iz torbe, zaščititi pred poškodbami in kratkimi stiki ter imeti fizično pri sebi. Največja dovoljena energijska vrednost je 100 Wh na baterijo (s posebnim dovoljenjem do 160 Wh), kar je več kot dovolj za vse običajne vrste baterij.

Nagli zdrs v katastrofo

2. avgust - Predstavitev Galaxy Note7.

19. avgust - Začetek prodaje.

24. avgust - Prva poročila o vžigih telefonov.

31. avgust - Samsung neha pošiljati telefon operaterjem.

2. september - Prvi vpoklic zaradi zamenjave SDIjevih baterij.

5. oktober - Na letalu zagori prvi zamenjan telefon z ATLjevo baterijo.

11. oktober - Samsung dokončno ustavi proizvodnjo.

Evropska agencija za varnost v letalstvu (EASA) predpisuje, da je treba prenosne elektronske naprave z litij-ionskimi baterijami imeti v ročni prtljagi in da ne smejo presegati 100 Wh (izjemoma 160 Wh). Dodatne baterije je v osebnih količinah dovoljeno imeti v osebni prtljagi, a jih je treba posamič zaščititi pred poškodbami in električno izolirati.

Mednarodna organizacija civilnega letalstva (ICAO) je sprejela nova pravila, ki veljajo od 1. aprila. Ta dodatno zapovedujejo, da smejo biti samostojne litij-ionske baterije pred vnosom na krov napolnjene največ do 30 odstotkov. Na potniških letalih je v celoti prepovedan tovor (potniška letala navadno vozijo tudi pošto in pakete, če imajo prostor), ki vsebuje samostojne litij-ionske baterije. Organi to jemljejo zelo resno, kar dokazuje letošnja sodba v Veliki Britaniji, ko je moral Amazon plačati (zanj sicer simboličnih) 65.000 funtov globe, ker je dvakrat po pomoti poskusil na potniško letalo naložiti tovor z baterijami, pa so ga pri kontroli pred natovarjanjem odkrili.

So pa skoraj vse letalske družbe, tudi Adria Airways, izrecno prepovedale vnos Note7 na krov. Od 15. oktobra je po odredbi ameriškega prometnega ministrstva prepovedan vnos Note7 na letala ameriških prevoznikov, bodisi kot ročno ali oddano prtljago bodisi kot tovor. Kako bodo to nadzorovali, je drugo vprašanje.

Teorije in razlogi

Baterije so stabilne le v obratovalnem območju, pregrevanje, prenapolnjenje ali kratki stik pa hitro sprožijo verižno reakcijo, zaradi katere se baterija vname.

Po prvem vpoklicu so imeli domnevno varni telefoni zeleno ikono za baterijo. Slika: AndroidAuthority

Baterije torej ne morejo biti edini razlog, so pa gotovo pomemben člen. Po neuradnih podatkih naj bi bile SDIjeve baterije ravno toliko prevelike, da so se pri vstavitvi v telefon toliko stisnile in deformirale, da je pri premetavanju telefona nastal kratki stik. ATLjeve baterije pa naj bi imele druge težave, katerih razlog še ni znan. To je bodisi funkcija hitrega polnjenja, zaradi česar se lahko poškoduje struktura baterij, bodisi napaka v oblikovanju ali proizvodnji. Tretjega izdelovalca baterij Samsung ni imel. Povsem mogoče je razlog splet vseh okoliščin: v telefonu stisnjene baterije, ki so bile že izdelane podpovprečno kakovostno, ki jih dodatno strukturno oslabi funkcija hitrega polnjenja.

50 kJ energije, iz baterije, ki tehta vsega 46 gramov, bi lahko slednjo teoretično segrelo za 1000° C, če toplota ne bi odtekla iz baterije.

Samsung obljublja, da bodo po koncu preiskave, ki bo trajala vsaj nekaj tednov, podrobno pojasnili razloge, kakršnikoli že so bili. Po drugem vpoklicu si Samsung namreč ni mogel privoščiti tveganja, zato je telefon pokopal. Dolgoročno je bila to verjetno zelo pametna odločitev, ker so s tem rešili znamko. Ne pozabimo, da je pred 21 leti tedaj novi izvršni direktor Lee Kun-hee pred zaposlenimi simbolično zažgal 150.000 defektnih telefonov kot dokaz zavezanosti kakovosti.

Posledice

Kljub senzacionalističnemu poročanju Samsung ne bo propadel, ker je podjetje preveliko in izdeluje preveč različnih izdelkov. Borze se pač vedejo kot občutljive najstnice, ki burno reagirajo. Zato so Samsungove delnice po objavi dokončnega odpoklica telefona strmoglavile za skoraj 10 odstotkov, a pogled od daleč kaže, da to ni nič tragičnega. Aprila letos je bila vrednost delnic za tretjino nižja kot danes.

Samsung poleg pametnih telefonov izdeluje še pomnilniške čipe, procesorje, televizorje, fotoaparate, tiskalnike, zaslone LCD in OLED ter vrsto najrazličnejših mobilnih telefonov. V drugem letošnjem četrtletju je imel 4,7 milijarde evrov dobička, od tega je 3,5 milijarde evrov ustvaril s prodajo pametnih telefonov. Toda teh je več, ni le Note7.

Samsung je za tretje letošnje četrtletje načrtoval 6,2 milijarde evrov dobička, a ga seveda ne bo toliko. Neposredni stroški, ki jih bodo imeli z zamenjavo poltretjega milijona telefonov, bodo po najbolj optimističnih scenarijih 4-5 milijarde evrov, prav lahko pa tudi več. Prav tako bodo morali te telefone varno uničiti in odložiti, to pa ne bo zastonj. Zaradi oportunitetne izgube ob izpadu prodaje bo Samsung ob 15 milijard evrov prihodkov.

Zamenjave tudi v Sloveniji

V Telekomu Slovenija kupcem Note7 vrnejo kupnino in prekinejo morebitno vezavo naročniškega razmerja. Prav tako v Simobilu, kjer so že zamenjali vse prodane Note7.

Prav tako je s tem skoraj zagotovo umrla serija Galaxy Note oziroma vsaj njeno ime. Da se obeta novo ime, se je šušljalo že pred tem, zdaj pa je to praktično gotovo. Naslednje leto se bo novinec imenoval drugače.

Zgodba pa je širšo javnost seznanila z dejstvom, da so litij-ionske baterije potencialno nevarne, zato jih je treba imeti na očeh. Alaska Airlines, Virgin America in Delta Air Lines so med prvimi letalskimi družbami, ki bodo na krov dodale posebne vreče iz negorljivega materiala, v katere lahko spravimo predmete, ki so se vneli.

Zakaj litijeva baterija zagori

tij-ionske baterije predstavljajo požarno tveganje, ker imajo na majhnem prostoru shranjene veliko energije. V nesrečnem Galaxyju Note7 ima baterija zmogljivost 3500 mAh pri tipični napetosti 3,85 V, kar predstavlja skoraj 50 kJ energije. To se na prvi pogled sliši zelo malo v primerjavi s 50-gramsko ploščico Snickers, ki ima 1200 kJ (280 kcal) energije, ali 50-gramsko tablico eksploziva TNT, ki sprosti 200 kJ energije, pa ni čisto res. Hrana ima zelo veliko energije, a se sprošča počasi, in ne eksplozivno.

Litij-ionsko baterijo sestavljajo anoda iz grafita, katoda iz litij-kobaltovega oksida (LiCoO2), tekoč elektrolit in separator. Ko je baterija polna, so litijevi ioni shranjeni v grafitni anodi, med praznjenjem pa potujejo skozi elektrolit proti katodi, kar ustvarja električni tok. Elektrolit ne sme biti voda, ker litij z njo eksplozivno reagira, zato uporabljajo organska topila, ki pa so vnetljiva in strupena.

Takšna baterija je stabilna v normalnih razmerah, temperaturni, mehanski ali električni šok pa jo hitro uničijo. Ko je baterija polna, je ves litij v grafitni anodi. Če baterijo prenapolnimo, se temperatura hitro poveča, saj polna baterija nima prostih litijevih ionov, zato njena prevodnost močno upade. Vsa električna energija se troši za segrevanje kot Joulova toplota, zato začne katoda razpadati v Co3O4 in kisik (LixCoO2 → x LiCoO2 + (1-x)/3 Co3O4 + (1-x)/3 O2). Prvi ima zaradi drugačne kristalne strukture za 3 odstotke večjo prostornino, baterija zato nabrekne. Nastali kisik pa reagira z litijem na anodi, zaradi česar se temperatura nadalje poveča. Ker je elektrolit vnetljivo organsko topilo, tudi to začne reagirati, zato nastanejo dim in strupeni plini. Vse to še pospeši nastajanje kisika in v verižni reakciji se baterija izjemno segreje, zaradi nastanka kisika pa močno napihne in poči ter nato zagori, ko litij pride v stik še s kisikom in vlago v zraku. Podobno se zgodi, če baterijo kratko sklenemo, kar zaradi velikega toka hitro zviša temperaturo, če se baterija pregreje zaradi zunanjih vzrokov ali če jo prebodemo.

Toplotna kapaciteta litij-ionskih baterij je približno 1 J/g K. Torej bi lahko 50 kJ energije, iz baterije, ki tehta vsega 46 gramov, slednjo teoretično segrelo za 1000° C, če toplota ne bi odtekla iz baterije. Ker je reakcija zelo hitra, toplota v okolico dejansko nima časa odteči v večji količini (reakcija poteče adiabatno), zato se baterija hitro segreje na 500° C in več. Podobno se zgodi, če baterijo prebodemo.

Litij-ionske baterije so načeloma varne

Vesti o nekaj primerih raztaljenih ali eksplodiranih baterij se razširijo kot požar, a so litij-ionske baterije v resnici zrela tehnologija. Tudi v Note7 je bilo incidentov le dobrih 100, vseh baterij pa poltretji milijon. Na svetu sta dobri dve milijardi pametnih telefonov in še kakšna milijarda prenosnih računalnikov ter milijarda tablic, če omenimo le največje porabnike litij-ionskih baterij. To pomeni, da je v vsakem hipu v litij-ionskih baterijah shranjeno okoli 100 GWh energije. Za primerjavo: v Sloveniji smo lani porabili 13.000 GWh električne energije, torej bi svetovna zaloga litij-ionskih baterij v prenosnikih in mobilnih napravah Slovenijo poganjala kakšne tri dni! Kljub tako velikanski količini energije v litij-ionskih baterijah je incidentov zanemarljivo malo. Praktično vsi so posledica neprimerne uporabe baterij ali hudih napak v oblikovanju naprav oziroma baterij. Za najodpornejše veljajo klasične valjaste litij-ionske baterije (model 18650).