На Хабре уже не раз рассматривались тёмные стороны бытовой электрохимии и, в частности, протечки и взрывы литий-ионных аккумуляторов. Уже фиксируются и взрывы электросамокатов, приводящие к травмам и гибели водителя, а также другие подобные печальные случаи. Мы сталкиваемся с интересной технологической коллизией: оказывается, перезарядка значительно более опасна и непредсказуема, чем дозаправка. Но сегодня я хочу остановиться на ещё одном частном случае опасной бытовой электрохимии: взрывах электронных сигарет.
В настоящее время хорошо известно, что электронные сигареты могут взрываться. Один из первых комплексных отчётов о медицинских аспектах парения вейпов был выпущен в 2018 году Национальными академиями наук, инженерии и медицины, затрагивавший, в том числе, взрывы таких устройств. Последствия от взрыва электронной сигареты отличаются пугающей зрелищностью: это тяжёлые химические ожоги, разрывы мягких тканей и проникающие ранения. По данным этого отчёта, «риск взрыва значительно повышается, если в устройстве установлена некачественная батарея, прибор неправильно хранится либо модифицируется пользователями».
Действительно, существует два разных типа электронных сигарет: многоразовые, рассчитанные на дозаправку, и одноразовые. Первые представляют собой открытую систему, вторые — закрытую. Каждая из этих моделей характеризуется собственным набором рисков.
Из чего состоит электронная сигарета
Электронная сигарета — это устройство, работающее от батареи и наполняемое горючей жидкостью (e-liquid) углеводородного содержания. Главные компоненты горючей жидкости — глицерин и пропиленгликоль, которые вдыхаются в виде пара. Пар в электронной сигарете образуется из жидкости при помощи разогретого испарителя (атомайзера). Также в этой жидкости содержатся ароматизаторы и, зачастую, небольшое количество никотина.
Электронные сигареты закрытого типа могут оборудоваться заранее заполненными одноразовыми картриджами, которые подключаются к перезаряжаемой батарее, либо представлять собой одноразовое устройство, которое нельзя перезарядить. То есть, системы первой модели функционируют до выработки горючей жидкости, а системы второй модели — до полной выработки заряда батареи.
Табачные компании отдают предпочтение одноразовым системам с картриджами, поскольку так проще соблюдать регулирующие нормы и контролировать, что именно курит клиент. Также в закрытом картридже проще добиться правильной дозировки всех компонентов, в особенности никотина.
Электронные сигареты открытых моделей в основном продаются в мелких вейп-точках и, как правило, эти модели опаснее одноразовых. В них то и дело обнаруживаются вредные уровни никотина, содержится диацетил (ароматизатор, придающий дыму масляный вкус, но потенциально канцерогенный), а также устанавливаются самые разные литий-ионные аккумуляторы, потенциально взрывоопасные.
Здесь кратко остановимся на физике парового взрыва.
Неисправные или некачественные вейпы во многом опасны повторным взрывом, возникающим из-за воспламенения жидкостно-паровой смеси после взрыва батареи. При взрыве нарушается целостность сосуда с наполнителем, часть паров превращается в аэрозоль, вырывается в атмосферу. При этом давление в сосуде с жидкостью резко падает, из-за чего активизируется кипение оставшейся жидкости, и ещё большая часть оставшегося в вейпе вещества переходит в газообразное состояние. Всё это может обернуться вторичным объёмным взрывом и приводит к таким грозным последствиям:
При этом, по данным исчерпывающего исследования, проведённого в 2022 году под руководством Джонатана Уиницкоффа из больницы при Университете штата Массачусетс, вейпы ожидаемо вызывают зависимость, поэтому заядлые курильщики рано или поздно переходят на нерегулируемые и модифицируемые устройства, стремясь постепенно повышать дозу и самостоятельно наполнять прибор (контролировать как частоту перезарядки, так и состав жидкости). При курении вейпов с открытой системой доза никотина в крови постепенно увеличивается.
Далее рассмотрим, как развивается ситуация, приводящая к взрыву вейпа.
Электролит перегревается -> давление в аккумуляторе возрастает -> герметичный кончик прибора разрушается -> электролит воспламеняется -> происходит расширение газово-аэрозольной смеси -> давление внутри сосуда с наполнителем возрастает -> воспламеняется пористая пластиковая мембрана
Чаще всего такая ситуация развивается в ходе зарядки аккумулятора, но известны случаи, когда взрыв происходил в кармане и даже во время курения. Большинство из этих ожогов являются комбинированными, их причиняет как огонь, так и аккумуляторная щёлочь.
В целом литий-ионные аккумуляторы считаются безопасными, поэтому применяются в самых разных устройствах, рассчитанных на многократную перезарядку:
В целом литий-ионные аккумуляторы в высшей степени безопасны, но им ни в коем случае нельзя давать перегреваться. Известно, что срок службы такой батареи серьёзно снижается, если держать устройство в салоне машины в жару, либо на солнечном подоконнике.
Аналогично, литий-ионные аккумуляторы не должны отсыревать, причём, они не должны попадать не только в воду, но и в замкнутое помещение наподобие парилки (высокая температура + насыщенность воздуха водяным паром).
Что происходит с батареей при взрыве
Выяснить механизм взрыва литий-ионных батарей настолько важно, что в 2022 году компания Canadian Light Source даже провела специальное исследование с применением компьютерной томографии и спектроскопии, чтобы уточнить химию происходящего процесса и суть разрушений.
Нагреваемую батарею изучали с применением рентгеновской компьютерной томографии. Основа батареи — это электрод, показанный на данной иллюстрации и напоминающий по форме слойку. При перегреве батареи электролит вступает в реакцию с электродом. Образуются пузырьки, на которых образуются мелкие полости, а сама батарея увеличивается в объёме, постепенно приобретая форму подушечки. Когда корпус устройства невелик, такое изменение формы может долго оставаться незамеченным, пока не станет слишком поздно. По-видимому, именно вейпы представляют здесь наибольшую группу риска, так как их батарея часто находится в состоянии перегрева, а вслед за взрывом электролита обычно следует взрыв курительной смеси и/или аэрозоля.
Тем не менее, взрыв вейпа — исключительно редкое явление. Известен анекдотичный случай, когда сотрудники Лондонской пожарной службы выступили с поддержкой вейпинга, так как в 2017 году в Лондоне было зафиксировано 3580 пожаров из-за недокуренных сигарет и всего 15 из-за неосторожного обращения с вейпами.
Вероятность взрыва литий-ионных аккумуляторов, используемых в большинстве вейпов, составляет примерно 1 шанс на миллион. При этом вероятность, что из-за взрыва вам оторвёт кисть, падает примерно до 0,0000001%. В свою очередь, прямые последствия курения могут привести к смерти в 33,3% случаев.
Общее правило при зарядке вейпов — пользоваться именно теми зарядными устройствами, которые к ним прилагаются. Кроме того, особую опасность представляют механические модификации (мехмоды), изготавливаемые кустарным способом. В мехмоде несколько элементов питания, как правило, соединены непредсказуемым образом. Сложно вычислить фактическую мощность и электрическую ёмкость такого устройства и, следовательно, подобрать для него зарядник.
Таким образом, при обращении с электронными сигаретами не следует
Перегревать или переохлаждать батареи. То есть нельзя допускать, чтобы прибор на несколько часов оставался под прямыми солнечными лучами или на морозе.
Носить извлечённые из вейпа батареи в кармане, особенно держать их в кармане вместе с монетами или ключами. По-видимому, металл (особенно медь) в данном случае может сработать катализатором взрыва.
Подолгу держать вейп на зарядке, в особенности — оставлять его заряжаться на ночь.
Пользоваться сложными модами, особенно если не знаешь точных значений сопротивления и силы тока, которые выдерживает устройство.
Пользоваться явно повреждёнными аккумуляторами, например, со следами грязи, окисления или царапинами.
Также настоятельно не рекомендуется перезаряжать одноразовые вейпы либо переоборудовать их для многократной зарядки. Если устройство явно перегревается при использовании (то есть его горячо держать в руках), то оно уже превратилось в бомбу замедленного действия. Кроме того, рекомендуется обращать внимание на следующие тревожные признаки:
Вспухание батареи или появление оплавившихся пузырей на корпусе устройства.
Если батарея электронной сигареты начинает течь или давать необычный запах, пользоваться вейпом больше нельзя.
Если при использовании прибор издаёт странные звуки, напоминающие клокотание и потрескивание
Если прибор слишком быстро разряжается
Как ни странно, именно электронные сигареты сегодня служат максимально широким полем для стресс-тестирования литий-ионных аккумуляторов. Поскольку они вызывают зависимость, и парение вейпа превращается в ежедневную привычку, пользователи этих устройств вынуждены постоянно держать их при себе и соглашаться на определённый риск. Химические ожоги лица и мягких тканей — фактор достаточно серьёзный, чтобы именно в индустрии электронного курения опробовались новые стандарты безопасности и повышались требования к сроку службы и утилизации батарей. В любом случае, любой из нас выиграет, отказавшись от таких устройств и курения подобных смесей. Всем здоровья и безопасных гаджетов в карманах.
