Sadržaj:
Sigurna sam da ste primijetili da primjećujete razliku kako dobro baterija telefona puni nakon godinu dana ili tako nešto. Ako telefon držite dovoljno dugo, njegova baterija možda neće imati ni dovoljno napunjenog da preživi cijeli dan. Jeste li se ikad zapitali zašto?
Baterije: Kako djeluju?
Električna energija nije čarobna. Zapravo je prilično dosadna tema za većinu nas i želimo da bude tamo samo kad je trebamo koristiti. Ali da biste shvatili zašto vam je telefon sada potreban više nego što ste ga imali kad ste ga prvi put dobili, morate znati malo o tome kako radi baterija. Ne brinite, ovdje ćemo se držati osnova.
Električna energija, kao i bilo koja vrsta energije, nije stvar koju možete stvoriti. Sve stvari za koje mislimo da "stvaraju" električnu energiju zapravo pretvaraju samo jedan oblik energije u drugi, a baterija koristi kemijsku reakciju (energiju) kako bi stvorila električni naboj koji se vremenom može mjeriti. Za izgradnju ovog naboja mogu se koristiti različiti materijali i oni će proizvesti različite rezultate. U našim telefonima koristimo litijske baterije, koje nude pristojnu razinu izlaznosti za razumne troškove.
Procijenjeni vijek trajanja baterije baterije je upravo to - procjena.
Unutar telefonske baterije naći ćete tri komponente važne za ono o čemu govorimo: negativnu elektrodu (koja se naziva anoda i obično izrađena od grafita), pozitivnu elektrodu (koja se naziva katoda i izrađena je od mješavine litija i drugi metali) i otopina elektrolita. Kemija između ove tri stvari je u osnovi jednostavna i zato se one mogu koristiti za pohranu energije. Kad nanesete naboj na elektrode (s vašeg punjača), litijevi ioni su pozitivno nabijeni i privlače negativnu elektrodu. Kad baterije izvučete iz baterije, ovi litij-ioni gube pozitivno naelektrisanje i više ih ne privlače negativne elektrode. Što duže izvlačite pohranjenu energiju iz napunjene baterije, više se povećava litijev ion koji se više ne puni sve dok im jednostavno ne preostane dovoljno da proizvedu bilo kakav izlaz, a baterija je mrtva. Uključenje u punjač resetira ovaj ciklus.
"Ciklus" je ovdje važna riječ. Budući da su baterije dizajnirane za pohranu punjenja, teško je izmjeriti njihov uporabni vijek kao jedinicu vremena. Baterija koja vam traje dvije godine može trajati samo šest mjeseci nekome drugom jer se koristi drugačije. Tako da možemo procijeniti koliko dugo ćemo očekivati da im se dugovječnost baterije mjeri ciklusima punjenja. Telefonska baterija obično je dizajnirana tako da traje oko 500 do 600 ciklusa, a ciklus je definiran kao punjenje potpuno mrtve baterije na 100%, a zatim je ponovno pražnjenje na nulu. Punjenje baterije s 50% napunjenosti i ponovno pražnjenje na 50% djelomični je ciklus, zbog čega ćete čuti ljude kako vam govore da napunite bateriju prije nego što se isprazni, a također ćete čuti kako ljudi govore kako suprotno kao načina da se igra sistemom i odvrati taj 500. ciklus. Naravno, to ne funkcionira na taj način jer baterija zapravo ne broji broj ciklusa punjenja. Pet stotina je samo procjena.
No dugovječnost se može mjeriti u ciklusima zbog onoga što se događa kad napunite bateriju i kako to utječe na buduće cikluse punjenja, količine energije koja se može pohraniti i potencijala (pomislite na broj volti) pohranjenog naboja.
Oksidacija i učinkovitost mrze jedni druge
Budući da su električna vozila prava stvar, a baterije koje koriste su nevjerojatno skupe, provedene su brojne studije o tome zašto se litij-ionske baterije degradiraju tijekom njihovog životnog vijeka. Srećom, to se odnosi i na jeftinije (ali još uvijek skupe!) Baterije unutar naših telefona, a to su zbog kemijskih promjena koje se događaju tijekom punjenja baterija.
Znamo da punjenje baterije pozitivno puni litijeve ione koji se zatim magnetski (struja magnetizira) privlače negativne elektrode. Kako se privlače sve više nabijenih iona, razlika potencijala između negativne i pozitivne elektrode raste. Tako mjerite napon - razliku potencijalne energije između dviju elektroda. Nakon što dosegne određeno očitanje, baterija se smatra potpuno napunjenom. Suprotno je tijekom pražnjenja baterije i razlika potencijala se smanjuje sve dok ne dosegne nulu jer na negativnoj elektrodi ne postoje pozitivno nabijeni ioni. No to ne znači da je negativna elektroda čista i potpuno ista kao što je bila prije nego što ste započeli.
Elektrode oksidiraju. Na isti način voda i zrak mogu uzrokovati hrđanje željeza (odakle dolazi riječ oksidacija), litijeve, grafitne i elektrolitne soli uzrokovat će oksidaciju elektrode. Kad se svaki pozitivno nabijeni ion odstrani od anode u bateriji, mikroskopski sloj čestica se ostavlja iza i kemijski je vezan na grafitnu anodu. Te su čestice izrađene od atoma litij-oksida (litij vezan kisikom) i atoma litij-karbonata (litij povezan ugljikom), a nijedan od njih nema ista kemijska ili električna svojstva kao grafit. Taj sloj ometa ciklus punjenja / pražnjenja, a mijenja se i razlika potencijala (napona) i broja nabijenih iona koji se mogu privući. Na kraju su promjene dovoljno da se primijete. Ako nastavite koristiti bateriju i punite je kao i obično, stižete do točke gdje se ne skladišti dovoljno električne energije za napajanje telefona.
Punjenje baterije bitno mijenja sastav elektroda i utječe na način na koji će se u budućnosti puniti.
Različite vrste litijumskih sastava, kao i različite soli korištene u otopini elektrolita, utječu na to koliko tih naslaga ostaje na elektrodi. Ali materijali koji čine čistiji ciklus nisu nužno najbolji jer ne mogu osigurati toliko pohranjene energije. Želimo u našim telefonima baterije velikog kapaciteta i male snage jer su sigurnije od baterija velike snage (i koštaju manje) i želimo da oni napajaju naš telefon dok god mogu. Električno vozilo može koristiti akumulatore velike snage jer su zaštićeni čvrstim okvirom i vjerovatno neće biti oštećeno. Potrebne su im jer automobil mora moći prijeći velike udaljenosti između punjenja. Ali trošak zamjenske baterije za Teslin model S također iznosi 12.000 dolara. Dio tog troška potiče od skupih materijala koji se koriste za izradu litij-nikal-kobalt-aluminij-oksid-baterija, za razliku od osnovnih litij-kobaltnih baterija koje se koriste u telefonu koji ne potraju gotovo toliko ciklusa prije nego što se razgrade.
Napon je važan
Jedan od najvećih čimbenika koji može utjecati na to koliko će ciklusa litij-ionska baterija trajati je njezin napon. Telefoni i automobili nisu jedine stvari dizajnirane za pokretanje litijumskih baterija koje se mogu puniti, a 2015. godine Ministarstvo energetike SAD-a potrošilo je mnogo novca i vremena da točno vidi što uzrokuje probleme i kako ih ublažiti, jer sateliti koriste baterije na bazi litija i solarni punjači. Studije su otkrile da je nakon sastava same baterije sljedeći najveći krivac koji može utjecati na dugotrajnost baterije je napon i napon zadržanog naboja.
Kemija koja čini litij baterijom prirodno degradira anodu, a o tome smo razgovarali gore. Ali ako napunite bateriju s većom od 3, 9 volti ili spremite naboj s razlikom potencijala većom od 3, 9 volta, kod katode (pozitivne elektrode) događa se ista vrsta degradacije. To u biti skraćuje dugovječnost baterije na pola. Napon za punjenje i zadržani napon u osnovi su ista stvar jer uzbuđujete sve komponente baterije, ali punjenje unosi i toplinu, a napon za punjenje bit će topliji. Toplina koja se primjenjuje kada je akumulator uzbuđen veći od 3, 9 volta dodatno pogoršava degradaciju katode.
Ne postoji tajni kabal proizvođača baterija koji nas pokušavaju prognati; sve je to kemija.
Drugim riječima, naponi potrebni za napajanje modernog telefona i brzo punjenje njegove baterije znače da je stvari gotovo nemoguće popraviti. Svatko tko je imao bušilicu na baterije vidio je to na djelu. 12 ili 14-voltne baterije korištene u alatu ne traju gotovo isto toliko ciklusa kao one na našim telefonima. Oni pohranjuju i rade na višem naponu, pune se s većim naponom i mnogo su toplije, a mogu se osjetiti utjecaji nakon samo nekoliko ciklusa punjenja. Koriste iste osnovne litijske baterije kao telefon, jer bi ih upotreba vrsta materijala koje vidimo u Tesla S bateriji učinila skupljima, a oni jednostavno nemaju jako dug životni vijek. Hvala bogu da možemo reciklirati većinu materijala u njima i ne utapamo se u moru bačenih Makita i Porter-Cable baterija, a litij je skuplji od zlata.
Dobra vijest je da sve tvrtke koje proizvode litijeve baterije rade na poboljšanju stvari. Tko god može osmisliti prvu bateriju koja znatno duže traje, od toga će zaraditi puno novca. Sve što možemo je da napunimo naše telefone kad ih treba napuniti i znajte da nema neke zavjere između proizvođača baterija da bi nam češće kupovali nove proizvode.
Ovi Android telefoni imaju najbolje trajanje baterije
