Smartphones often overheat if they're held close to the body or are used for long periods of time. And while the dangers of overheating lithium ion (Li-ion) batteries have been known for some time, researchers have now revealed exactly what happens inside the 'burning' cells. Thermal images show copper inside the battery reaching temperatures of at least 1,085°C (1,985°F) causing jets of molten material to burst from its vent. Scroll down for video . Researchers subjected Lithium-ion batteries to heat and used thermal imaging and non-invasive high speed imaging techniques to observe changes in their internal structure. Copper inside melted, indicating temperatures of at least 1,085°C (1,985°F), and it caused molten material to stream from the vent (pictured) The footage is the first time the failure of Li-ion batteries due to overheating has been recorded. It was filmed by Paul Shearing  from University College London and the findings are published in the journal Nature Communications. Li-ion batteries are vulnerable to a condition known as thermal runaway, which occurs when the rate of heat generation is greater than the rate of heat lost. Although battery failure is rare, prevention of thermal runaway presents one of the greatest challenges for the safe operation of lithium-ion batteries. Dr Shearing and his colleagues subjected two commercial Li-ion batteries, known as Cell 1 and Cell 2, to external heat. They then used thermal imaging and non-invasive high speed imaging techniques to observe the internal structure of each. Li-ion batteries are vulnerable to a condition known as thermal runaway, which occurs when the rate of heat generation is greater than the rate of heat lost. A Li-ion battery before being subjected to high temperatures is shown left, the same battery after heat abuse is shown right . During tests, one cell remained intact during battery failure and as the heat-generating reactions continued, hot gas followed by molten material jetted out through the battery’s vent (pictured left to right). By comparison, the rapid pressure rise in a second cell caused the entire cap of the cell to detach . Cell 1 remained intact during battery failure and as the heat-generating reactions continued, hot gas followed by molten material jetted out through the battery’s vent. Li-ion batteries have been known to overheat and are vulnerable to thermal runaway. This occurs when the rate of heat generated in the cell is greater than the rate of heat lost. Lithium-ion cells with cobalt cathodes, for example, are not designed to rise above 130°C (265°F). This is because, at 150°C (302°F) the cell becomes 'thermally unstable'. Once it reaches this state it can lead to a thermal runaway in which flaming gases are released. During a thermal runaway, the high heat in the failing cell can travel to the next cell, causing it to become thermally unstable as well. In some cases, a chain reaction occurs in which each cell disintegrates one-by-one. This means a battery pack can be destroyed within seconds, or the venting of gases and heat can last for hours. As a safety measure, packs are fitted with dividers to protect failing cells from affecting nearby cells. Source: Battery University . The copper material inside Cell 1 melted, indicating internal temperatures of at least 1,085°C (1,985°F). By comparison, the rapid pressure rise in Cell 2 caused the entire cap of the cell to detach. In a real-world situation this could have increased thermal runaway because it allows oxygen into the cell. During a thermal runaway, the high heat in the failing cell can travel to the next cell, causing it to become thermally unstable as well. In some cases, a chain reaction occurs in which each cell disintegrates one-by-one. This means a battery pack can be destroyed within seconds or the venting of gases and heat can last for hours. As a safety measure, packs are fitted with dividers to protect the failing cell form affecting nearby cells. The authors found that thermal and electrochemical reactions inside both cells produced gas pockets that deformed the spiral wound layers of the cells. Cell 2 showed severe internal distortion of its architecture, which the authors suggest compromised its safety. Unlike Cell 2, Cell 1 was designed with a central cylindrical support, which seemed to help maintain its structural integrity. The authors hope their observations will lead to improvements in the design of Li-ion batteries and improve their safety features.
Researchers subjected two Lithium-ion batteries to external heat .
They used thermal imaging to see what happened inside each cell .
Copper inside one cell reached temperatures of at least 1,085°C (1,985°F)
The heat also caused molten material to stream from the battery's vent .
לעתים קרובות סמארטפונים מתחממים יתר על המידה אם הם מחזיקים אותם קרוב לגוף או בשימוש במשך פרקי זמן ארוכים. ובעוד שהסכנות של התחממות יתר של סוללות ליתיום יון (Li-ion) ידועות כבר זמן מה, חוקרים חשפו כעת בדיוק מה קורה בתוך התאים ה'בוערים'. תמונות תרמיות מראות כי נחושת בתוך הסוללה מגיעה לטמפרטורות של לפחות 1,085 מעלות צלזיוס (1,985 מעלות פרנהייט) הגורמת לסילוני חומר מותך לפרוץ מהפתח שלה. גלול למטה לסרטון. חוקרים הכניסו סוללות ליתיום-יון לחום והשתמשו בהדמיה תרמית ובטכניקות הדמיה לא פולשניות במהירות גבוהה כדי לצפות בשינויים במבנה הפנימי שלהן. נחושת בפנים נמסה, מה שמצביע על טמפרטורות של לפחות 1,085 מעלות צלזיוס (1,985 מעלות צלזיוס), והיא גרמה לחומר מותך לזרום מהפתח (בתמונה) הצילומים הם הפעם הראשונה בה תועד הכשל של סוללות Li-ion עקב התחממות יתר . הוא צולם על ידי פול שירינג מאוניברסיטת קולג' בלונדון והממצאים מתפרסמים בכתב העת Nature Communications. סוללות Li-ion פגיעות למצב המכונה בריחת תרמית, המתרחשת כאשר קצב ייצור החום גדול מקצב החום שאבד. למרות שכשל בסוללה הוא נדיר, מניעת בריחת תרמית מהווה את אחד האתגרים הגדולים ביותר לפעולה בטוחה של סוללות ליתיום-יון. ד"ר שירינג ועמיתיו הכניסו שתי סוללות Li-ion מסחריות, הידועות כתא 1 ותא 2, לחום חיצוני. לאחר מכן הם השתמשו בהדמיה תרמית ובטכניקות הדמיה לא פולשניות במהירות גבוהה כדי לצפות במבנה הפנימי של כל אחת מהן. סוללות Li-ion פגיעות למצב המכונה בריחת תרמית, המתרחשת כאשר קצב ייצור החום גדול מקצב החום שאבד. סוללת Li-ion לפני שהיא נתונה לטמפרטורות גבוהות מוצגת משמאל, אותה סוללה לאחר שימוש לרעה בחום מוצגת מימין. במהלך הבדיקות, תא אחד נשאר שלם במהלך כשל בסוללה וככל שהתגובות יוצרות החום נמשכו, גז חם ואחריו חומר מותך הוזרם החוצה דרך פתח האוורור של הסוללה (בתמונה משמאל לימין). לשם השוואה, עליית הלחץ המהירה בתא שני גרמה לכל מכסה התא להתנתק. תא 1 נשאר שלם במהלך כשל בסוללה וככל שהתגובות יוצרות החום נמשכו, גז חם ואחריו חומר מותך הוזרם החוצה דרך פתח האוורור של הסוללה. ידוע שסוללות ליתיום-יון מתחממות יתר על המידה והן פגיעות לבריחה תרמית. זה מתרחש כאשר קצב החום שנוצר בתא גדול מקצב החום שאבד. תאי ליתיום-יון עם קתודות קובלט, למשל, אינם מיועדים לעלות מעל 130 מעלות צלזיוס (265 מעלות פרנהייט). הסיבה לכך היא שב-150 מעלות צלזיוס (302 מעלות צלזיוס) התא הופך ל"בלתי יציב מבחינה תרמית". ברגע שהוא מגיע למצב זה זה יכול להוביל לבריחה תרמית שבה משתחררים גזים בוערים. במהלך בריחה תרמית, החום הגבוה בתא הכושל יכול לעבור לתא הבא, ולגרום לו להיות לא יציב גם מבחינה תרמית. במקרים מסוימים מתרחשת תגובת שרשרת שבה כל תא מתפרק אחד לאחד. המשמעות היא שחבילת סוללות יכולה להיהרס תוך שניות, או שחרור גזים וחום יכול להימשך שעות. כאמצעי בטיחות, חבילות מצוידות במחלקים כדי להגן על תאים כושלים מפני השפעה על תאים סמוכים. מקור: אוניברסיטת באטרי. חומר הנחושת בתוך תא 1 נמס, מה שמצביע על טמפרטורות פנימיות של לפחות 1,085 מעלות צלזיוס (1,985 מעלות פרנהייט). לשם השוואה, עליית הלחץ המהירה בתא 2 גרמה לכל מכסה התא להתנתק. במצב אמיתי זה יכול היה להגביר את הבריחה התרמית מכיוון שהוא מאפשר לחמצן להיכנס לתא. במהלך בריחה תרמית, החום הגבוה בתא הכושל יכול לעבור לתא הבא, ולגרום לו להיות לא יציב גם מבחינה תרמית. במקרים מסוימים מתרחשת תגובת שרשרת שבה כל תא מתפרק אחד לאחד. המשמעות היא שחבילת סוללות יכולה להיהרס תוך שניות או שחרור גזים וחום יכול להימשך שעות. כאמצעי בטיחות, חבילות מצוידות במחלקים כדי להגן על צורת התא הכושלת המשפיעה על תאים סמוכים. המחברים גילו שתגובות תרמיות ואלקטרוכימיות בתוך שני התאים יצרו כיסי גז שעיוותו את שכבות הפצע הספירלי של התאים. תא 2 הראה עיוות פנימי חמור של הארכיטקטורה שלו, שהמחברים מציעים שפגע בבטיחותו. שלא כמו תא 2, תא 1 תוכנן עם תמיכה גלילית מרכזית, שנראה היה שסייע לשמור על שלמות המבנית שלו. המחברים מקווים שהתצפיות שלהם יובילו לשיפורים בעיצוב סוללות Li-ion וישפרו את תכונות הבטיחות שלהן.
חוקרים הכפיפו שתי סוללות ליתיום-יון לחום חיצוני.
הם השתמשו בהדמיה תרמית כדי לראות מה קרה בתוך כל תא.
נחושת בתוך תא אחד הגיעה לטמפרטורות של לפחות 1,085 מעלות צלזיוס (1,985 מעלות פרנהייט)
החום גרם גם לחומר מותך לזרום מפתח האוורור של הסוללה.