Esmu pārliecināts, ka esat pamanījis, ka redzat ievērojamu atšķirību attiecībā uz to, cik labi tālruņa akumulators saglabā uzlādi pēc apmēram gada. Ja tālruni glabājat pietiekami ilgi, tā akumulatoram var pat nepietikt uzlādes, lai izdzīvotu visu dienu. Vai esat kādreiz domājuši, kāpēc?
Baterijas: kā tās darbojas?
Elektrība nav maģiska. Patiesībā tas ir diezgan garlaicīgs priekšmets lielākajai daļai no mums, un mēs vēlamies, lai tas būtu pieejams tikai tad, kad tas ir jāizmanto. Taču, lai saprastu, kāpēc tālrunim tagad ir jāuzlādē vairāk nekā tad, kad to iegādājāties, jums ir nedaudz jāzina, kā darbojas akumulators. Neuztraucieties, šeit mēs paliksim pie pamatiem.
Elektrība, tāpat kā jebkura cita veida enerģija, nav lieta, ko jūs varat radīt. Visas lietas, ko mēs domājam par elektrības "ražošanu", patiesībā tikai pārvērš vienu enerģijas veidu citā, un akumulators izmanto ķīmisku reakciju (enerģiju), lai izveidotu elektrisko lādiņu, ko var izmērīt laiks. Lai izveidotu šo lādiņu, var izmantot dažādus materiālus, un tie radīs dažādus rezultātus. Savos tālruņos mēs izmantojam litija baterijas, jo tās nodrošina pienācīgu jaudu par saprātīgu cenu.
Paredzamais tālruņa akumulatora darbības laiks ir tieši tāds — aptuvens.
Tālruņa akumulatorā ir trīs komponenti, kas ir svarīgi tam, par ko mēs runājam: negatīvs elektrods (ko sauc par anods un parasti izgatavots no grafīta), pozitīvs elektrods (ko sauc par a katods un izgatavots no litija un citu metālu maisījuma) un elektrolīta šķīduma. Ķīmija starp šīm trim lietām ir vienkārša, un tāpēc tās var izmantot enerģijas uzkrāšanai. Kad piemērojat maksu uz elektrodi (no jūsu lādētāja) litija joni ir pozitīvi uzlādēti un tiek piesaistīti negatīvajam elektrodam. Noņemot lādiņu no akumulatora, šie litija joni zaudē savu pozitīvo lādiņu un vairs netiek piesaistīti negatīvajam elektrodam. Jo ilgāk jūs izvelkat uzkrāto enerģiju no uzlādēta akumulatora, jo vairāk litija jonu nav ilgāk uzlādēts palielinās, līdz to vienkārši vairs nav pietiekami daudz, lai radītu jaudu, un akumulators ir miris. Pievienojot to lādētājam, šis cikls tiek atiestatīts.
Šeit svarīgs vārds ir "cikls". Tā kā akumulatori ir paredzēti uzlādes uzglabāšanai, ir grūti izmērīt to kalpošanas laiku kā laika vienību. Akumulators, kas jums kalpo divus gadus, kādam citam var darboties tikai sešus mēnešus, jo tas tiek izmantots citādi. Lai mēs varētu novērtēt, cik ilgi tie darbosies, akumulatora ilgmūžību mēra ar uzlādes cikliem. Tālruņa akumulators parasti ir paredzēts apmēram 500 līdz 600 cikliem, un cikls tiek definēts kā pilnībā izlādēta akumulatora uzlāde līdz 100%, pēc tam atkal iztukšota līdz nullei. Akumulatora uzlāde, kurā ir atlikuši 50% uzlādes, un pēc tam tā iztukšošana līdz 50% ir daļējs cikls, tāpēc jūs dzirdēsit, ka cilvēki jums saka lai uzlādētu akumulatoru, pirms tas kļūst zems, kā arī dzirdēt cilvēkus, kas jums saka pretējo, kā veidus, kā spēlēt sistēmu un novērst 500. cikls. Protams, tas nedarbojas šādā veidā, jo akumulators faktiski neuzskaita uzlādes ciklu skaitu. Pieci simti ir tikai aptuvens aprēķins.
Bet ilgmūžība var jāmēra ciklos, jo tas notiek, kad uzlādējat akumulatoru un kā tas ietekmē turpmāko uzlādi cikli, enerģijas daudzums, ko var uzglabāt, un uzkrātās enerģijas potenciāls (domājiet par voltu skaitu). maksas.
Oksidācija un efektivitāte ienīst viens otru
Tā kā elektriskie transportlīdzekļi ir reāla lieta un tajos izmantotie akumulatori ir ārkārtīgi dārgi, ir veikti daudzi pētījumi par to, kāpēc litija jonu akumulatori to dzīves laikā sabojājas. Par laimi, tas attiecas arī uz lētākiem (bet joprojām dārgiem!) akumulatoriem mūsu tālruņos, un tas ir saistīts ar ķīmiskām izmaiņām, kas notiek akumulatoru uzlādes laikā.
Mēs zinām, ka akumulatora uzlāde pozitīvi uzlādē litija jonus, kas pēc tam tiek magnētiski (elektrība ir magnētisms) piesaistīti negatīvajam elektrodam. Tā kā tiek piesaistīts arvien vairāk lādētu jonu, potenciāla atšķirība starp negatīvo elektrodu un pozitīvo elektrodu palielinās. Tādā veidā jūs mēra spriegumu - potenciālās enerģijas starpību starp diviem elektrodiem. Kad tas sasniedz noteiktu rādījumu, akumulators tiek uzskatīts par pilnībā uzlādētu. Akumulatora izlādes laikā notiek pretējais, un potenciālu starpība samazinās, līdz tā sasniedz nulli, jo negatīvajā elektrodā vairs nav pozitīvi lādētu jonu. Bet tas nenozīmē, ka negatīvais elektrods ir tīrs un tieši tāds pats kā pirms sākšanas.
Elektrodi oksidējas. Tāpat kā ūdens un gaiss var izraisīt dzelzs rūsēšanu (no kurienes cēlies vārds oksidēšana), litija, grafīta un elektrolītu sāļi izraisīs elektroda oksidēšanos. Kad katrs pozitīvi uzlādēts jons tiek noņemts no anoda akumulatorā, tiek atstāts mikroskopisks daļiņu slānis, kas ir ķīmiski saistīts ar grafīta anodu. Šīs daļiņas ir izgatavotas no litija oksīda (litija, kas saistīts ar skābekli) atomiem un litija karbonāta (ar oglekli saistīts litijs) atomi, no kuriem nevienam nav tādas pašas ķīmiskās vai elektriskās īpašības kā grafīts. Šis slānis traucē uzlādes/izlādes ciklu un mainās gan potenciāla (sprieguma) starpība, gan lādēto jonu skaits, ko var piesaistīt. Galu galā izmaiņas ir pietiekami, lai pamanītu. Ja turpināsit lietot akumulatoru un uzlādēt to kā parasti, jūs sasniegsit punktu, kurā netiek uzkrāts pietiekami daudz elektroenerģijas, lai tālruni darbinātu.
Akumulatora uzlāde būtiski maina elektrodu sastāvu un ietekmē tā uzlādes veidu nākotnē.
Dažādi litija sastāvu veidi, kā arī dažādi sāļi, ko izmanto elektrolīta šķīdumā, ietekmē to, cik daudz šo nogulšņu paliek uz elektroda. Taču materiāli, kas nodrošina tīrāku ciklu, ne vienmēr ir labākie, jo tie nevar nodrošināt tik daudz uzkrātās jaudas. Mēs vēlamies savos tālruņos lielas ietilpības un mazjaudas akumulatorus, jo tie ir drošāki par lieljaudas akumulatoriem (un maksā mazāk), un mēs vēlamies, lai tie nodrošinātu mūsu tālruņa enerģiju tik ilgi, cik vien iespējams. Elektriskais transportlīdzeklis var izmantot lielas ietilpības, lieljaudas akumulatorus, jo tos aizsargā stingrs rāmis, un tie nav tik bojāti. Tie ir nepieciešami, jo automašīnai ir jāspēj veikt lielus attālumus starp uzlādēm. Bet arī Tesla Model S rezerves akumulatora izmaksas ir 12 000 USD. Daļu no šīm izmaksām veido dārgie materiāli, ko izmanto litija-niķeļa-kobalta-alumīnija oksīda akumulatora izgatavošanai pretstatā pamata litija-kobalta akumulatoriem, ko izmanto tālrunī un kas neiztur gandrīz tik daudz ciklu, pirms tie degradēties.
Spriegumam ir nozīme
Viens no lielākajiem faktoriem, kas var ietekmēt litija jonu akumulatora darbības ciklu, ir tā spriegums. Tālruņi un automašīnas nav vienīgās lietas, kas paredzētas darbam ar uzlādējamām litija baterijām, un 2015. gadā ASV Enerģētikas departaments iztērēja daudz naudas un laika, lai redzēt, kas tieši rada problēmas un kā tos mazināt, jo satelīti izmanto litija baterijas un saules lādētājus. Pētījumi atklāja, ka pēc paša akumulatora sastāva nākamais lielākais vaininieks, kas var ietekmēt akumulatora ilgmūžību, ir uzlādes spriegums un aizturētā uzlādes spriegums.
Ķīmija, kas liek litija akumulatoram darboties, dabiski degradē anodu, un par to mēs runājām iepriekš. Bet, ja uzlādējat akumulatoru ar lielāku spriegumu par 3,9 voltiem vai uzglabājat lādiņu ar potenciāla starpību, kas lielāka par 3,9 voltiem, tāda pati degradācija notiek ar katodu (pozitīvo elektrodu). Tas būtiski samazina akumulatora ilgmūžību uz pusi. Uzlādes spriegums un turēšanas spriegums būtībā ir viens un tas pats, jo jūs esat aizraujošs akumulatora sastāvdaļas, bet uzlāde rada arī siltumu, un jo augstāks uzlādes spriegums, jo karstāks tas būs. Siltums, kas tiek pielietots, kad akumulators ir ierosināts vairāk par 3,9 voltiem, vēl vairāk pasliktina katoda degradāciju.
Nav neviena slepena akumulatoru ražotāju kabala, kas mēģina mūs apvilkt; tā visa ir ķīmija.
Citiem vārdiem sakot, spriegums, kas nepieciešams, lai darbinātu modernu tālruni un ātri uzlādētu tā akumulatoru, nozīmē, ka lietas ir gandrīz neiespējami "labot". Ikviens, kam ir ar akumulatoru darbināma urbjmašīna, to ir redzējis darbībā. Instrumentā izmantotās 12 vai 14 voltu baterijas neiztur gandrīz tik daudz ciklu kā mūsu tālruņos. Tie tiek uzglabāti un darbojas ar augstāku spriegumu, tiek uzlādēti ar lielāku spriegumu un daudz karstāki, un tos var ievērojami ietekmēt jau pēc dažiem uzlādes cikliem. Viņi izmanto tās pašas pamata litija bāzes baterijas kā tālrunis, jo tiek izmantoti tādi materiāli kā mēs redzēt Tesla S akumulatorā, tas padarītu tos dārgākus, un tiem vienkārši nav ļoti garš mūžs. Paldies Dievam, ka mēs varam pārstrādāt lielāko daļu tajos esošo materiālu, un mēs nenoslīkstam izmestu Makita un Porter-Cable akumulatoru jūrā, kur litijs ir dārgāks par zeltu.
Labā ziņa ir tā, ka visi uzņēmumi, kas ražo litija baterijas, strādā pie tā, lai lietas būtu labākas. Ikviens, kurš var izdomāt pirmo akumulatoru, kas darbojas ievērojami ilgāk, ar to nopelnīs daudz naudas. Viss, ko mēs varam darīt, ir uzlādēt savus tālruņus, kad tie ir jāuzlādē, un zināt, ka starp akumulatoru ražotājiem nav nekādas sazvērestības, lai mēs biežāk pirktu jaunus produktus.
Šiem Android tālruņiem ir vislabākais akumulatora darbības laiks