Jsem si jistý, že jste si všimli, že vidíte znatelný rozdíl v tom, jak dobře drží baterie telefonu zhruba po roce. Pokud držíte telefon dostatečně dlouho, jeho baterie nemusí mít ani tolik nabití, aby přežila celý den. Přemýšleli jste někdy proč?
Baterie: Jak fungují?
Elektřina není kouzelná. Ve skutečnosti je to pro většinu z nás docela nudné téma a chceme, aby tam bylo, jen když ho potřebujeme použít. Ale abyste pochopili, proč je nyní váš telefon potřeba nabíjet více, než když jste jej poprvé dostali, musíte vědět trochu o tom, jak baterie funguje. Nebojte se, zde zůstaneme u základů.
Elektřina, jako každý druh energie, není věc, kterou můžete vytvořit. Všechny věci, které považujeme za „výrobu“ elektřiny, ve skutečnosti pouze přeměňují jednu formu energie na jinou, a baterie využívá chemickou reakci (energii) k vytvoření elektrického náboje, který lze odměřit čas. K sestavení této nálože lze použít různé materiály a výsledky budou různé. V našich telefonech používáme lithiové baterie, protože poskytují slušnou úroveň výkonu za rozumnou cenu.
Odhadovaná životnost baterie telefonu je jen odhadem.
Uvnitř baterie telefonu najdete tři součásti, které jsou důležité pro to, o čem mluvíme: zápornou elektrodu (tzv. anoda a typicky vyrobené z grafitu), kladná elektroda (nazývaná a katoda a vyrobené ze směsi lithia a jiných kovů) a roztok elektrolytu. Chemie mezi těmito třemi věcmi je ve své podstatě jednoduchá, a proto je lze použít k ukládání energie. Když použijete poplatek na elektrody (z vaší nabíječky) lithiové ionty jsou kladně nabité a jsou přitahovány k záporné elektrodě. Když vytáhnete náboj z baterie, tyto lithiové ionty ztratí svůj kladný náboj a již nejsou přitahovány k záporné elektrodě. Čím déle budete vytahovat uloženou energii z nabité baterie, počet lithiových iontů, které nejsou delší nabíjení se zvyšuje, dokud jich prostě nezbude dostatek k produkci jakéhokoli výkonu a baterie je mrtví. Zapojením do nabíječky se tento cyklus resetuje.
"Cyklus" je zde důležité slovo. Vzhledem k tomu, že baterie jsou navrženy tak, aby uchovávaly náboj, je obtížné měřit jejich životnost jako jednotku času. Baterie, která vám vydrží dva roky, může někomu vydržet jen šest měsíců, protože se používá jinak. Abychom mohli odhadnout, jak dlouho lze očekávat jejich výdrž, životnost baterie se měří pomocí nabíjecích cyklů. Baterie telefonu je obvykle navržena tak, aby vydržela přibližně 500 až 600 cyklů a cyklus je definován jako nabití zcela vybité baterie na 100 % a následné vybití na nulu. Nabíjení baterie, na které zbývá 50 % nabití, a následné vybití zpět na 50 % je částečný cyklus, a proto uslyšíte, jak vám lidé říkají nabít vaši baterii, než se vybije, a také slyšet lidi, kteří vám říkají opak, jak hrát se systémem a odvrátit 500. cyklus. Samozřejmě to tak nefunguje, protože baterie ve skutečnosti nepočítá počet nabíjecích cyklů. Pět set je jen odhad.
Ale dlouhověkost umět být měřen v cyklech kvůli tomu, co se stane při nabíjení baterie a jak to ovlivní budoucí nabíjení cyklů, množství energie, kterou lze uložit, a potenciál (předpokládejme počet voltů) uložené nabít.
Oxidace a efektivita se navzájem nenávidí
Protože elektrická vozidla jsou skutečná věc a baterie, které používají, jsou šíleně drahé, bylo provedeno mnoho studií o tom, proč lithium-iontové baterie během své životnosti degradují. Naštěstí to platí i pro méně drahé (ale stále drahé!) baterie uvnitř našich telefonů, a to kvůli chemickým změnám, ke kterým dochází během nabíjení baterií.
Víme, že nabíjení baterie kladně nabíjí ionty lithia, které jsou pak magneticky (elektřina je magnetismus) přitahovány k záporné elektrodě. Jak je přitahováno stále více nabitých iontů, rozdíl potenciálu mezi zápornou a kladnou elektrodou se zvyšuje. Tak měříte napětí — rozdíl potenciální energie mezi dvěma elektrodami. Jakmile dosáhne určité hodnoty, baterie je považována za plně nabitou. Při vybíjení baterie je tomu naopak a rozdíl potenciálu se snižuje, dokud nedosáhne nuly, protože na záporné elektrodě již nejsou přítomny žádné kladně nabité ionty. Ale to neznamená, že záporná elektroda je čistá a přesně stejná jako před začátkem.
Elektrody oxidují. Stejně tak voda a vzduch mohou způsobit rezivění železa (odtud pochází slovo oxidace), lithium, grafit a elektrolytové soli způsobí oxidaci elektrody. Když je každý kladně nabitý iont odstraněn z anody v baterii, zůstane po ní mikroskopická vrstva částic, která byla chemicky navázána na grafitovou anodu. Tyto částice jsou vyrobeny z atomů oxidu lithného (lithia vázaného s kyslíkem) a uhličitanu lithného (lithium vázané s uhlíkem) atomy, z nichž žádný nemá stejné chemické nebo elektrické vlastnosti jako grafit. Tato vrstva zasahuje do cyklu nabíjení/vybíjení a mění se jak rozdíl potenciálu (napětí), tak počet nabitých iontů, které mohou být přitahovány. Nakonec si změny stačí všimnout. Pokud budete baterii nadále používat a nabíjet ji obvyklým způsobem, dostanete se do bodu, kdy již není dostatek elektrické energie pro napájení telefonu.
Nabíjení baterie zásadně mění složení elektrod a ovlivňuje způsob nabíjení v budoucnu.
Různé typy složení lithia, stejně jako různé soli použité v roztoku elektrolytu, mají vliv na to, kolik z těchto usazenin zůstane na elektrodě. Ale materiály, které zajišťují čistší cyklus, nejsou nutně nejlepší, protože nemohou poskytnout tolik akumulované energie. Chceme v telefonech vysokokapacitní baterie s nízkou spotřebou, protože jsou bezpečnější než baterie s vysokou spotřebou (a stojí méně) a chceme, aby poskytovaly energii našemu telefonu tak dlouho, jak jen to půjde. Elektromobil může používat vysokokapacitní, vysoce výkonné baterie, protože jsou chráněny pevným rámem a není tak pravděpodobné, že by se poškodily. Jsou nezbytné, protože auto musí být schopné ujet dlouhé vzdálenosti mezi nabitími. Ale cena náhradní baterie pro Tesla Model S je také 12 000 $. Část těchto nákladů pochází z drahých materiálů používaných k výrobě lithium-nikl-kobalt-hlinito-oxidové baterie. na rozdíl od základních lithium-kobaltových baterií používaných v telefonech, které nevydrží ani zdaleka tolik cyklů, než degradovat.
Na napětí záleží
Jedním z největších faktorů, který může ovlivnit, kolik cyklů lithium-iontová baterie vydrží, je její napětí. Telefony a auta nejsou jediné věci navržené pro provoz na dobíjecí lithiové baterie a v roce 2015 americké ministerstvo energetiky vynaložilo spoustu peněz a času na to, aby vidět přesně, co způsobuje problémy a jak je zmírnit, protože satelity používají baterie a solární nabíječky na bázi lithia. Studie zjistily, že po složení samotné baterie je dalším největším viníkem, který může ovlivnit životnost baterie, nabíjecí napětí a napětí přidrženého nabití.
Chemie, díky které funguje lithiová baterie, přirozeně degraduje anodu, a o tom jsme mluvili výše. Ale pokud nabíjíte baterii s více než 3,9 volty nebo uložíte náboj s rozdílem potenciálu vyšším než 3,9 voltu, stejný druh degradace se stane katodě (kladné elektrodě). To v podstatě snižuje životnost baterie na polovinu. Nabíjecí napětí a udržované napětí jsou v podstatě totéž, protože jste vzrušující součástí baterie, ale při nabíjení se také zahřívá a čím vyšší je nabíjecí napětí, tím je teplejší bude to. Teplo aplikované při excitaci baterie vyšším než 3,9 V dále zhoršuje degradaci katody.
Neexistuje žádná tajná kabala výrobců baterií, kteří se nás snaží ošálit; všechno je to chemie.
Jinými slovy, napětí potřebné k napájení moderního telefonu a rychlému nabití jeho baterie znamená, že je téměř nemožné věci „opravit“. Každý, kdo má vrtačku na baterie, to viděl v akci. 12 nebo 14voltové baterie používané v nářadí nevydrží ani zdaleka tolik cyklů jako ty v našich telefonech. Ukládají a fungují při vyšším napětí, nabíjejí se při vyšším napětí a mnohem teplejší a mohou být znatelně ovlivněny již po několika nabíjecích cyklech. Používají stejné základní baterie na bázi lithia jako telefony, protože používají druhy materiálů my vidět v baterii Tesla S by je prodražilo a prostě nemají příliš dlouhé život. Díky bohu, že většinu materiálů v nich můžeme recyklovat a netopíme se v moři vyřazených baterií Makita a Porter-Cable, přičemž lithium je dražší než zlato.
Dobrou zprávou je, že všechny společnosti, které vyrábějí lithiové baterie, pracují na zlepšení. Kdo přijde s první baterií, která vydrží výrazně déle, vydělá na tom nemalé peníze. Jediné, co můžeme udělat, je nabíjet naše telefony, když je nabíjet, a vědět, že mezi výrobci baterií neexistuje nějaké spiknutí, které by nás přimělo kupovat nové produkty častěji.
Tyto telefony Android mají nejlepší výdrž baterie