Spisu treści:
Jestem pewien, że zauważyłeś zauważalną różnicę w poziomie naładowania baterii telefonu po około roku. Jeśli trzymasz telefon wystarczająco długo, jego bateria może nawet nie mieć wystarczającego poziomu naładowania, aby przetrwać cały dzień. Czy zastanawiałeś się kiedyś dlaczego?
Baterie: jak działają?
Elektryczność nie jest magiczna. W rzeczywistości jest to dość nudny temat dla większości z nas i chcemy, aby był tam tylko wtedy, gdy musimy go użyć. Ale aby zrozumieć, dlaczego Twój telefon wymaga teraz większego naładowania niż pierwszego, musisz dowiedzieć się więcej o tym, jak działa bateria. Nie martw się, będziemy trzymać się tutaj podstaw.
Elektryczność, jak każdy rodzaj energii, nie jest rzeczą, którą możesz stworzyć. Wszystkie rzeczy, które uważamy za „wytwarzanie” energii elektrycznej, w rzeczywistości przekształcają tylko jedną formę energii w drugą, a bateria wykorzystuje reakcję chemiczną (energię) do zbudowania ładunku elektrycznego, który można odmierzyć w czasie. Do zbudowania tego ładunku można użyć różnych materiałów, które przyniosą różne wyniki. W naszych telefonach używamy baterii litowych, ponieważ zapewniają one przyzwoity poziom wyjściowy za rozsądną cenę.
Szacowany czas pracy baterii telefonu jest właśnie taki - szacunek.
Wewnątrz baterii telefonu znajdują się trzy elementy, które są ważne dla tego, o czym mówimy: elektroda ujemna (zwana anodą i zwykle wykonana z grafitu), elektroda dodatnia (zwana katodą i wykonana z mieszanki litu i inne metale) oraz roztwór elektrolitu. Chemia między tymi trzema rzeczami jest prosta u podstawy i dlatego można je wykorzystać do magazynowania energii. Po przyłożeniu ładunku do elektrod (z ładowarki) jony litu są naładowane dodatnio i przyciągane do elektrody ujemnej. Po odciągnięciu ładunku od akumulatora jony litu tracą ładunek dodatni i nie są już przyciągane do elektrody ujemnej. Im dłużej odciągasz zmagazynowaną energię od naładowanego akumulatora, liczba jonów litowych, które nie są już ładowane, rośnie, dopóki nie będzie ich wystarczająco dużo, aby wytworzyć jakąkolwiek moc wyjściową, a akumulator się rozładuje. Podłączenie go do ładowarki resetuje ten cykl.
„Cykl” jest tutaj ważnym słowem. Ponieważ akumulatory są zaprojektowane do przechowywania ładunku, trudno jest zmierzyć ich żywotność jako jednostkę czasu. Bateria, która wystarcza na dwa lata, może trwać tylko sześć miesięcy dla kogoś innego, ponieważ jest używana inaczej. Abyśmy mogli oszacować, jak długo można oczekiwać, że będą działać, żywotność baterii mierzy się cyklami ładowania. Bateria telefonu jest zwykle zaprojektowana na około 500 do 600 cykli, a cykl definiuje się jako ładowanie całkowicie rozładowanej baterii do 100%, a następnie ponowne rozładowanie jej do zera. Ładowanie akumulatora, na którym pozostało 50% naładowania, a następnie rozładowanie go z powrotem do 50% to cykl częściowy, dlatego usłyszysz, jak ludzie mówią, aby naładować akumulator, zanim się rozładuje, a także usłyszysz ludzi mówiących odwrotnie jako sposób na grę w system i uniknięcie tego 500. cyklu. Oczywiście nie działa w ten sposób, ponieważ bateria nie liczy tak naprawdę liczby cykli ładowania. Pięćset to tylko szacunek.
Długowieczność można jednak mierzyć w cyklach ze względu na to, co dzieje się podczas ładowania akumulatora i jak wpływa na przyszłe cykle ładowania, ilość energii, która może być zgromadzona, oraz potencjał (pomyśl liczbę woltów) zmagazynowanego ładunku.
Utlenianie i wydajność nie znoszą się nawzajem
Ponieważ pojazdy elektryczne są prawdziwe, a stosowane przez nich akumulatory są niesamowicie drogie, przeprowadzono wiele badań na temat tego, dlaczego baterie litowo-jonowe ulegają degradacji w trakcie ich życia. Na szczęście dotyczy to również tańszych (ale wciąż drogich!) Akumulatorów w naszych telefonach i jest to spowodowane zmianami chemicznymi zachodzącymi podczas ładowania akumulatorów.
Wiemy, że ładowanie akumulatora pozytywnie ładuje jony litu, które następnie są magnetycznie (elektryczność to magnetyzm) przyciągane do elektrody ujemnej. W miarę przyciągania coraz większej liczby naładowanych jonów wzrasta różnica potencjałów między elektrodą ujemną a elektrodą dodatnią. W ten sposób mierzysz napięcie - różnicę energii potencjalnej między dwiema elektrodami. Po osiągnięciu określonego odczytu bateria jest uważana za całkowicie naładowaną. Przeciwnie, jest to prawda podczas rozładowywania akumulatora, a różnica potencjałów maleje, aż osiągnie zero, ponieważ na elektrodzie ujemnej nie ma już dodatnio naładowanych jonów. Ale to nie znaczy, że elektroda ujemna jest czysta i dokładnie taka sama jak przed rozpoczęciem.
Elektrody utleniają się. W ten sam sposób, w jaki woda i powietrze mogą powodować korozję żelaza (stąd pochodzi słowo utlenianie), sole litu, grafitu i elektrolitów powodują utlenienie elektrody. Kiedy każdy dodatnio naładowany jon jest usuwany z anody w akumulatorze, pozostaje mikroskopijna warstwa cząstek i zostaje chemicznie związana z anodą grafitową. Cząstki te składają się z atomów tlenku litu (litu związanego z tlenem) i atomów węglanu litu (litu związanego z węglem), z których żaden nie ma takich samych właściwości chemicznych ani elektrycznych jak grafit. Warstwa ta zakłóca cykl ładowania / rozładowania i zmienia się zarówno różnica potencjałów (napięcia), jak i liczba naładowanych jonów. W końcu zmiany wystarczy zauważyć. Jeśli będziesz nadal korzystać z baterii i ładować ją w normalny sposób, osiągniesz punkt, w którym nie zgromadzono wystarczającej ilości energii elektrycznej do zasilania telefonu.
Ładowanie akumulatora zasadniczo zmienia skład elektrod i wpływa na sposób ładowania w przyszłości.
Różne rodzaje kompozycji litu, a także różne sole stosowane w roztworze elektrolitu, mają wpływ na ilość tych osadów pozostawionych na elektrodzie. Ale materiały, które sprawiają, że cykl jest czystszy, niekoniecznie są najlepsze, ponieważ nie mogą zapewnić tak dużej ilości zmagazynowanej energii. Chcemy, aby w naszych telefonach były akumulatory o dużej pojemności i niskiej mocy, ponieważ są one bezpieczniejsze niż akumulatory o dużej mocy (i kosztują mniej) i chcemy, aby dostarczały energię do naszego telefonu tak długo, jak to możliwe. Pojazd elektryczny może wykorzystywać akumulatory o dużej pojemności i dużej mocy, ponieważ są one chronione solidną ramą i nie są tak narażone na uszkodzenie. Są konieczne, ponieważ samochód musi być w stanie pokonywać duże odległości między ładowaniami. Ale koszt wymiany baterii do Tesli Model S wynosi również 12 000 USD. Część tego kosztu pochodzi z drogich materiałów użytych do budowy baterii litowo-niklowo-kobaltowo-tlenku glinu, w przeciwieństwie do podstawowych baterii litowo-kobaltowych używanych w telefonie, które nie wytrzymują prawie tyle cykli, zanim ulegną degradacji.
Napięcie ma znaczenie
Jednym z największych czynników, które mogą wpływać na liczbę cykli działania baterii litowo-jonowej, jest jej napięcie. Telefony i samochody nie są jedynymi urządzeniami zaprojektowanymi do pracy na akumulatorach litowych, a w 2015 r. Amerykański Departament Energii wydał dużo pieniędzy i czasu, aby zobaczyć dokładnie, co powoduje problemy i jak je złagodzić, ponieważ satelity używają akumulatorów litowych i ładowarki słoneczne. Badania wykazały, że po składzie samego akumulatora kolejnym największym winowajcą, który może wpłynąć na żywotność akumulatora, jest napięcie ładowania i napięcie utrzymywanego ładunku.
Chemia, która powoduje, że bateria litowa działa naturalnie, degraduje anodę, i o tym mówiliśmy powyżej. Ale jeśli ładujesz akumulator o napięciu większym niż 3, 9 wolta lub przechowujesz ładunek o różnicy potencjałów wyższej niż 3, 9 wolta, katoda (elektroda dodatnia) ulega podobnemu pogorszeniu. To zasadniczo skraca żywotność baterii o połowę. Napięcie ładowania i utrzymywane napięcie to w zasadzie to samo, ponieważ ekscytujesz wszystkie elementy baterii, ale ładowanie również wprowadza ciepło, a im wyższe napięcie ładowania, tym cieplejsze. Ciepło przyłożone, gdy bateria jest wzbudzona powyżej 3, 9 V, dodatkowo pogarsza degradację katody.
Nie ma tajnej grupy producentów akumulatorów, którzy próbują nas zetrzeć; to wszystko chemia.
Innymi słowy, napięcia niezbędne do zasilania nowoczesnego telefonu i szybkiego ładowania baterii oznaczają, że prawie niemożliwe jest „naprawienie” rzeczy. Każdy z wiertarką akumulatorową widział to w akcji. Akumulatory 12 lub 14 V zastosowane w narzędziu nie wytrzymują prawie tyle cykli, co w naszych telefonach. Przechowują i pracują przy wyższym napięciu, ładują przy wyższym napięciu i są znacznie cieplejsze, i można je zauważyć po kilku cyklach ładowania. Używają tych samych podstawowych baterii litowych co telefon, ponieważ użycie rodzajów materiałów, które widzimy w baterii Tesli S, spowodowałoby, że byłyby one droższe, a po prostu nie mają bardzo długiej żywotności. Dzięki Bogu możemy poddać recyklingowi większość zawartych w nich materiałów i nie toniemy w morzu wyrzuconych baterii Makita i Porter-Cable, a lit jest droższy niż złoto.
Dobra wiadomość jest taka, że wszystkie firmy produkujące baterie litowe pracują nad ulepszeniem. Ktokolwiek może wymyślić pierwszą baterię, która trwa znacznie dłużej, zarobi na tym dużo pieniędzy. Jedyne, co możemy zrobić, to naładować nasze telefony, gdy trzeba je naładować, i wiedzieć, że nie ma spisku między producentami baterii, aby zmusić nas do częstszego kupowania nowych produktów.
Te telefony z Androidem mają najlepszą żywotność baterii
