Я уверен, что вы заметили заметную разницу в том, насколько хорошо аккумулятор телефона держит заряд примерно через год. Если вы держите телефон достаточно долго, его аккумулятору может не хватить заряда даже на целый день. Вы когда-нибудь задумывались, почему?
Батареи: как они работают?
Электричество не волшебное. На самом деле, это довольно скучная тема для большинства из нас, и мы хотим, чтобы она была там только тогда, когда нам нужно ее использовать. Но чтобы понять, почему ваш телефон сейчас нужно заряжать больше, чем когда вы впервые его приобрели, вам нужно немного узнать о том, как работает аккумулятор. Не волнуйтесь, здесь мы будем придерживаться основ.
Электричество, как и любой вид энергии, нельзя создать. Все то, что мы называем «производством» электричества, на самом деле лишь преобразует одну форму энергии в другую. а батарея использует химическую реакцию (энергию) для создания электрического заряда, который можно дозировать в течение время. Для создания этого заряда можно использовать разные материалы, и они будут давать разные результаты. В наших телефонах мы используем батареи на основе лития, потому что они обеспечивают достойный уровень выходной мощности по разумной цене.
Предполагаемый срок службы батареи телефона — это всего лишь оценка.
Внутри аккумуляторной батареи телефона вы найдете три компонента, которые важны для того, о чем мы говорим: отрицательный электрод (называемый анод обычно из графита), положительный электрод (называемый катод из смеси лития и других металлов) и раствор электролита. Химия между этими тремя вещами проста в своей основе, и именно поэтому их можно использовать для хранения энергии. Когда вы применяете заряд к электроды (от вашего зарядного устройства) ионы лития заряжены положительно и притягиваются к отрицательному электроду. Когда вы снимаете заряд с батареи, эти ионы лития теряют свой положительный заряд и больше не притягиваются к отрицательному электроду. Чем дольше вы вытягиваете накопленную энергию из заряженной батареи, тем больше ионов лития больше заряженных увеличивается до тех пор, пока их не останется достаточно для производства какой-либо продукции, и батарея разрядится. мертвый. Подключение к зарядному устройству сбрасывает этот цикл.
«Цикл» здесь важное слово. Поскольку батареи предназначены для хранения заряда, их срок службы трудно измерить в единицу времени. Аккумулятор, которого у вас хватает на два года, у кого-то другого может длиться всего шесть месяцев, потому что он используется по-другому. Чтобы мы могли оценить, как долго они будут работать, срок службы батареи измеряется циклами зарядки. Аккумулятор телефона обычно рассчитан на 500–600 циклов, а цикл определяется как зарядка полностью разряженного аккумулятора до 100 %, а затем его разрядка до нуля. Зарядка батареи, на которой осталось 50% заряда, а затем разрядка до 50% — это неполный цикл, поэтому вы услышите, как люди говорят вам чтобы зарядить аккумулятор до того, как он разрядится, а также услышать, как люди говорят вам обратное, как способы обмануть систему и предотвратить этот 500-й цикл. Конечно, это не работает, потому что батарея на самом деле не считает количество циклов зарядки. Пятьсот — это всего лишь оценка.
Но долголетие может измеряться в циклах из-за того, что происходит, когда вы заряжаете аккумулятор, и как это влияет на будущую зарядку циклы, количество энергии, которое может быть сохранено, и потенциал (подумайте о количестве вольт) сохраненного заряжать.
Окисление и эффективность ненавидят друг друга
Поскольку электромобили существуют, а батареи, которые они используют, безумно дороги, было проведено множество исследований о том, почему литий-ионные батареи разлагаются в течение срока службы. К счастью, это также относится к менее дорогим (но все же дорогим!) Аккумуляторам в наших телефонах, и это из-за химических изменений, происходящих во время зарядки аккумуляторов.
Мы знаем, что зарядка батареи положительно заряжает ионы лития, которые затем магнитным образом (электричество — это магнетизм) притягиваются к отрицательному электроду. Чем больше и больше заряженных ионов притягивается, тем разность потенциалов между отрицательным электродом и положительным электродом увеличивается. Вот как вы измеряете напряжение — разность потенциальной энергии между двумя электродами. Как только он достигает определенного значения, аккумулятор считается полностью заряженным. При разрядке аккумулятора происходит обратное, и разность потенциалов уменьшается до тех пор, пока не достигнет нуля, потому что на отрицательном электроде больше нет положительно заряженных ионов. Но это не значит, что отрицательный электрод чистый и точно такой же, каким он был до того, как вы начали.
Электроды окисляются. Точно так же, как вода и воздух могут вызвать ржавчину железа (отсюда и слово «окисление»), соли лития, графита и электролита вызывают окисление электрода. Когда каждый положительно заряженный ион удаляется с анода в батарее, остается микроскопический слой частиц, химически связанных с графитовым анодом. Эти частицы состоят из атомов оксида лития (литий связан с кислородом) и карбоната лития. (литий, связанный с углеродом) атомов, ни один из которых не имеет таких же химических или электрических свойств, как графит. Этот слой мешает циклу зарядки/разрядки, и изменяется как разность потенциалов (напряжение), так и количество заряженных ионов, которые могут быть притянуты. В конце концов, изменений достаточно, чтобы их заметить. Если вы продолжите использовать аккумулятор и заряжать его, как обычно, вы достигнете точки, когда не будет храниться достаточно электроэнергии для питания вашего телефона.
Зарядка аккумулятора существенно меняет состав электродов и влияет на то, как он будет заряжаться в будущем.
Различные типы литиевых композиций, а также различные соли, используемые в растворе электролита, влияют на то, сколько этих отложений остается на электроде. Но материалы, обеспечивающие более чистый цикл, не обязательно являются лучшими, потому что они не могут обеспечить столько накопленной энергии. Нам нужны аккумуляторы большой емкости и малой мощности в наших телефонах, потому что они безопаснее, чем аккумуляторы большой мощности (и стоят дешевле), и мы хотим, чтобы они обеспечивали питание нашего телефона так долго, как только могут. В электромобиле могут использоваться мощные аккумуляторы большой емкости, потому что они защищены прочной рамой и с меньшей вероятностью будут повреждены. Они необходимы, потому что автомобиль должен преодолевать большие расстояния без подзарядки. Но стоимость сменной батареи для Tesla Model S тоже составляет 12 000 долларов. Часть этой стоимости приходится на дорогие материалы, используемые для изготовления литий-никель-кобальт-алюминий-оксидной батареи. в отличие от основных литий-кобальтовых батарей, используемых в телефоне, которые не работают так много циклов, прежде чем они деградировать.
Напряжение имеет значение
Одним из важнейших факторов, влияющих на количество циклов работы литий-ионной батареи, является ее напряжение. Телефоны и автомобили — не единственные устройства, работающие на перезаряжаемых литиевых батареях, и в 2015 году Министерство энергетики США потратило много денег и времени, чтобы увидеть, что именно вызывает проблемы и как их смягчить, потому что спутники используют литиевые батареи и солнечные зарядные устройства. Исследования показали, что после состава самой батареи следующим по величине виновником, который может повлиять на долговечность батареи, является зарядное напряжение и напряжение удерживаемого заряда.
Химия, которая заставляет литиевую батарею работать, естественным образом разрушает анод, и это то, о чем мы говорили выше. Но если вы заряжаете аккумулятор напряжением более 3,9 вольт или храните заряд с разницей потенциалов выше 3,9 вольт, такая же деградация происходит с катодом (положительным электродом). Это существенно сокращает срок службы батареи вдвое. Напряжение зарядки и удерживаемое напряжение, по сути, одно и то же, потому что вы возбуждаете все компонентов батареи, но при зарядке также выделяется тепло, и чем выше напряжение зарядки, тем горячее это будет. Тепло, применяемое, когда батарея возбуждается выше 3,9 вольт, еще больше ухудшает деградацию катода.
Нет никакой тайной клики производителей аккумуляторов, которые пытаются нас обмануть; это все химия.
Другими словами, напряжения, необходимые для питания современного телефона и быстрой зарядки его аккумулятора, означают, что практически невозможно «починить» что-либо. Любой, у кого есть аккумуляторная дрель, видел это в действии. Батареи на 12 или 14 вольт, используемые в инструменте, не выдерживают столько циклов, сколько в наших телефонах. Они хранятся и работают при более высоком напряжении, заряжаются при более высоком напряжении и намного горячее, и могут заметно пострадать уже после нескольких циклов зарядки. В них используются те же базовые батареи на основе лития, что и в телефонах, потому что из тех материалов, которые мы увидеть в аккумуляторе Tesla S сделало бы их более дорогими, и у них просто нет очень долгого продолжительность жизни. Слава богу, мы можем перерабатывать большинство материалов, из которых они изготовлены, и мы не тонем в море выброшенных аккумуляторов Makita и Porter-Cable, где литий дороже золота.
Хорошая новость заключается в том, что все компании, производящие литиевые батареи, работают над тем, чтобы сделать их лучше. Тот, кто сможет придумать первую батарею, которая прослужит значительно дольше, заработает на этом много денег. Все, что мы можем сделать, это заряжать наши телефоны, когда их нужно заряжать, и знать, что между производителями аккумуляторов нет никакого сговора, чтобы заставить нас покупать новые продукты чаще.
Эти телефоны Android имеют лучшее время автономной работы