Som si istý, že ste si všimli, že po približne roku vidíte výrazný rozdiel v tom, ako dobre drží batéria telefónu. Ak držíte telefón dostatočne dlho, jeho batéria nemusí byť ani dostatočne nabitá, aby prežila celý deň. Premýšľali ste niekedy prečo?
Batérie: Ako fungujú?
Elektrina nie je magická. V skutočnosti je to pre väčšinu z nás dosť nudná téma a chceme, aby tam bola len vtedy, keď ju potrebujeme použiť. Aby ste však pochopili, prečo sa váš telefón teraz musí nabíjať viac, ako keď ste ho prvýkrát dostali, musíte vedieť, ako funguje batéria. Nebojte sa, tu zostaneme pri základoch.
Elektrina, ako každý druh energie, nie je vec, ktorú môžete vytvoriť. Všetky veci, ktoré považujeme za „výrobu“ elektriny, v skutočnosti iba premieňajú jednu formu energie na inú, a batéria využíva chemickú reakciu (energiu) na vytvorenie elektrického náboja, ktorý je možné odmerať čas. Na vytvorenie tohto náboja môžu byť použité rôzne materiály a výsledkom budú rôzne výsledky. V našich telefónoch používame lítiové batérie, pretože poskytujú slušnú úroveň výkonu za rozumnú cenu.
Odhadovaná životnosť batérie telefónu je len odhadovaná.
Vo vnútri batérie telefónu nájdete tri komponenty, ktoré sú dôležité pre to, o čom hovoríme: záporná elektróda (nazývaná anóda a typicky vyrobená z grafitu), kladná elektróda (nazývaná a katóda a vyrobené zo zmesi lítia a iných kovov) a roztoku elektrolytu. Chémia medzi týmito tromi vecami je vo svojej podstate jednoduchá, a preto sa dajú použiť na ukladanie energie. Keď uplatníte poplatok do elektródy (z vašej nabíjačky) lítiové ióny sú kladne nabité a sú priťahované k zápornej elektróde. Keď vytiahnete náboj z batérie, tieto lítiové ióny stratia svoj kladný náboj a už ich nepriťahuje záporná elektróda. Čím dlhšie budete čerpať uloženú energiu z nabitej batérie, počet lítiových iónov, ktoré nie sú dlhšie nabitie sa zvyšuje, kým ich jednoducho nezostane dostatok na produkciu akéhokoľvek výkonu a batéria áno mŕtvy. Zapojením do nabíjačky sa tento cyklus resetuje.
„Cyklus“ je tu dôležité slovo. Keďže batérie sú navrhnuté tak, aby uchovávali náboj, je ťažké merať ich životnosť ako jednotku času. Batéria, ktorá vám vydrží dva roky, môže niekomu inému vydržať iba šesť mesiacov, pretože sa používa inak. Aby sme mohli odhadnúť, ako dlho možno očakávať, že vydržia, životnosť batérie sa meria podľa nabíjacích cyklov. Batéria telefónu je zvyčajne navrhnutá tak, aby vydržala približne 500 až 600 cyklov a cyklus je definovaný ako nabitie úplne vybitej batérie na 100 % a jej opätovné vybitie na nulu. Nabíjanie batérie, ktorá má nabitých na 50 %, a následné vybitie späť na 50 % je čiastočný cyklus, a preto budete počuť, ako vám ľudia hovoria nabiť batériu skôr, než sa vybije, a tiež počuť ľudí, ktorí vám hovoria opak ako spôsob, ako hrať systém a odvrátiť 500. cyklu. Samozrejme, že to tak nefunguje, pretože batéria v skutočnosti nepočíta počet nabíjacích cyklov. Päťsto je len odhad.
Ale dlhovekosť môcť byť merané v cykloch kvôli tomu, čo sa stane pri nabíjaní batérie a ako to ovplyvní budúce nabíjanie cykly, množstvo energie, ktorú možno uložiť a potenciál (myslite na počet voltov) uloženej poplatok.
Oxidácia a efektivita sa navzájom nenávidia
Pretože elektrické vozidlá sú skutočnou vecou a batérie, ktoré používajú, sú šialene drahé, bolo vykonaných veľa štúdií o tom, prečo sa lítium-iónové batérie počas svojej životnosti degradujú. Našťastie to platí aj pre menej drahé (ale stále drahé!) batérie v našich telefónoch, a to kvôli chemickým zmenám, ku ktorým dochádza počas nabíjania batérií.
Vieme, že nabíjanie batérie kladne nabíja lítiové ióny, ktoré sú potom magneticky (elektrina je magnetizmus) priťahované k zápornej elektróde. Ako sa priťahuje stále viac nabitých iónov, rozdiel potenciálu medzi zápornou elektródou a kladnou elektródou sa zvyšuje. Takto meriate napätie — rozdiel potenciálnej energie medzi dvoma elektródami. Akonáhle dosiahne špecifickú hodnotu, batéria sa považuje za plne nabitú. Opak je pravdou pri vybíjaní batérie a rozdiel potenciálu klesá, až kým nedosiahne nulu, pretože na zápornej elektróde už nie sú prítomné žiadne kladne nabité ióny. To však neznamená, že záporná elektróda je čistá a presne taká, aká bola predtým, ako ste začali.
Elektródy oxidujú. Rovnako ako voda a vzduch môžu spôsobiť hrdzavenie železa (odkiaľ pochádza slovo oxidácia), lítium, grafit a soli elektrolytov spôsobia oxidáciu elektródy. Keď sa každý kladne nabitý ión odstráni z anódy v batérii, zostane za ňou mikroskopická vrstva častíc, ktorá sa chemicky pripojí ku grafitovej anóde. Tieto častice sú vyrobené z atómov oxidu lítneho (lítium viazané s kyslíkom) a uhličitanu lítneho (lítium viazané uhlíkom) atómy, z ktorých ani jeden nemá rovnaké chemické alebo elektrické vlastnosti ako grafit. Táto vrstva interferuje s cyklom nabíjania/vybíjania a mení sa rozdiel potenciálu (napätie) aj počet nabitých iónov, ktoré môžu byť priťahované. Nakoniec si zmeny stačí všimnúť. Ak budete pokračovať v používaní batérie a nabíjaní ako obvykle, dostanete sa do bodu, kedy už nie je dostatok elektrickej energie na napájanie vášho telefónu.
Nabíjanie batérie v podstate mení zloženie elektród a ovplyvňuje spôsob, akým sa bude nabíjať v budúcnosti.
Rôzne typy lítiových kompozícií, ako aj rôzne soli použité v roztoku elektrolytu, majú vplyv na to, koľko týchto usadenín zostane na elektróde. Ale materiály, ktoré zabezpečujú čistejší cyklus, nemusia byť nevyhnutne najlepšie, pretože nedokážu poskytnúť toľko akumulovanej energie. Chceme do našich telefónov vysokokapacitné batérie s nízkou spotrebou energie, pretože sú bezpečnejšie ako vysokovýkonné batérie (a stoja menej) a chceme, aby poskytovali energiu nášmu telefónu tak dlho, ako len môžu. Elektrické vozidlo môže používať vysokokapacitné a vysokovýkonné batérie, pretože sú chránené pevným rámom a nie je tak pravdepodobné, že sa poškodia. Sú potrebné, pretože auto musí byť schopné prejsť veľké vzdialenosti medzi jednotlivými nabitiami. Ale cena náhradnej batérie pre Tesla Model S je tiež 12 000 dolárov. Časť týchto nákladov pochádza z drahých materiálov použitých na výrobu lítium-nikel-kobalt-hlinito-oxidovej batérie ako na rozdiel od základných lítium-kobaltových batérií používaných v telefónoch, ktoré nevydržia ani zďaleka toľko cyklov. degradovať.
Na napätí záleží
Jedným z najväčších faktorov, ktoré môžu ovplyvniť, koľko cyklov lítium-iónová batéria vydrží, je jej napätie. Telefóny a autá nie sú jediné veci, ktoré sú navrhnuté tak, aby fungovali s nabíjateľnými lítiovými batériami a v roku 2015 americké ministerstvo energetiky vynaložilo veľa peňazí a času na presne vidieť, čo spôsobuje problémy a ako ich zmierniť, pretože satelity používajú batérie a solárne nabíjačky na báze lítia. Štúdie zistili, že po zložení samotnej batérie je ďalším najväčším vinníkom, ktorý môže ovplyvniť životnosť batérie, nabíjacie napätie a napätie zadržaného nabitia.
Chémia, vďaka ktorej funguje lítiová batéria, prirodzene degraduje anódu, a o tom sme hovorili vyššie. Ale ak nabíjate batériu s viac ako 3,9 V alebo uložíte náboj s rozdielom potenciálu vyšším ako 3,9 V, rovnaký druh degradácie nastane aj na katóde (kladnej elektróde). To v podstate znižuje životnosť batérie na polovicu. Nabíjacie napätie a udržiavané napätie sú v podstate to isté, pretože ste vzrušujúci súčasti batérie, ale pri nabíjaní sa tiež zahrieva teplo a čím vyššie je nabíjacie napätie, tým je teplejšie bude to. Teplo aplikované pri excitácii batérie vyšším ako 3,9 V ďalej zhoršuje degradáciu katódy.
Neexistuje žiadna tajná kabala výrobcov batérií, ktorí sa nás snažia utiecť; všetko je to chémia.
Inými slovami, napätie potrebné na napájanie moderného telefónu a rýchle nabíjanie batérie znamená, že je takmer nemožné veci „opraviť“. Každý, kto má vŕtačku s akumulátorom, to videl v akcii. 12 alebo 14-voltové batérie používané v náradí nevydržia ani zďaleka toľko cyklov ako tie v našich telefónoch. Skladujú a fungujú pri vyššom napätí, nabíjajú sa pri vyššom napätí a oveľa teplejšie a môžu byť výrazne ovplyvnené už po niekoľkých nabíjacích cykloch. Používajú rovnaké základné lítiové batérie ako telefóny, pretože používajú druhy materiálov my vidieť v batérii Tesla S by ich predražilo a jednoducho nemajú veľmi dlhú život. Vďaka bohu, že väčšinu materiálov v nich môžeme recyklovať a netopíme sa v mori vyradených batérií Makita a Porter-Cable, pričom lítium je drahšie ako zlato.
Dobrou správou je, že všetky spoločnosti, ktoré vyrábajú lítiové batérie, pracujú na zlepšení. Kto dokáže prísť s prvou batériou, ktorá vydrží podstatne dlhšie, zarobí na tom nemalé peniaze. Jediné, čo môžeme urobiť, je nabíjať naše telefóny, keď ich treba nabiť, a vedieť, že medzi výrobcami batérií neexistuje sprisahanie, aby sme si častejšie kupovali nové produkty.
Tieto telefóny so systémom Android majú najlepšiu výdrž batérie