Kazalo:
Prepričan sem, da ste opazili, da opazite razliko v tem, kako dobro baterija telefona napolni po enem letu dni. Če telefon hranite dovolj dolgo, njegova baterija morda niti nima dovolj napolnjenosti, da bi preživela cel dan. Ste se že kdaj vprašali, zakaj?
Baterije: Kako delujejo?
Električna energija ni čarobna. V resnici je precej dolgočasna tema za večino nas in si želimo, da bi bil tam le takrat, ko jo bomo morali uporabiti. Če želite razumeti, zakaj vaš telefon zdaj zaračuna več kot prej, ko ste ga prvič dobili, morate vedeti nekaj o tem, kako deluje baterija. Brez skrbi, tukaj se bomo držali osnov.
Električna energija, kot vsaka vrsta energije, ni stvar, ki jo lahko ustvarite. Vse, kar mislimo, da "proizvajamo" elektriko, dejansko pretvori le eno obliko energije v drugo, baterija pa uporablja kemično reakcijo (energijo), da ustvari električni naboj, ki ga je mogoče sčasoma izmeriti. Za izdelavo tega naboja je mogoče uporabiti različne materiale, ki bodo prinesli različne rezultate. V svojih telefonih uporabljamo litijeve baterije, ki zagotavljajo dostojno raven proizvodnje za razumne stroške.
Predvidena življenjska doba baterije telefona je ravno to - ocena.
Znotraj baterije telefona boste našli tri komponente, ki so pomembne za to, o čemer govorimo: negativno elektrodo (imenovano anodo in običajno izdelano iz grafita), pozitivno elektrodo (imenovano katoda in narejeno iz mešanice litija in druge kovine) ter raztopino elektrolita. Kemija med temi tremi stvarmi je na njeni osnovi preprosta in zato jih je mogoče uporabiti za shranjevanje energije. Ko napolnite elektrode (s polnilnika), se litijevi ioni pozitivno napolnijo in jih privlači negativna elektroda. Ko baterijo potegnete stran od baterije, ti litijevi ioni izgubijo pozitiven naboj in jih negativna elektroda ne privlači več. Dlje, ko shranjeno energijo potegnete stran od napolnjene baterije, več se poveča število litijevih ionov, ki jih ni več napolniti, dokler le teh ne ostane dovolj, da bi ustvarili kakršen koli izhod in baterija ne bo več. Priključite ga v polnilnik in ponastavite ta cikel.
Tu je pomembna beseda "cikel". Ker so baterije zasnovane za shranjevanje polnjenja, je težko izmeriti njihovo uporabno življenjsko dobo kot enoto časa. Baterija, ki zdrži dve leti, lahko traja le šest mesecev za nekoga drugega, ker se uporablja drugače. Da bomo lahko ocenili, kako dolgo naj bi pričakovali, da se njihova življenjska doba akumulatorja meri s cikli polnjenja. Običajno je baterija telefona zasnovana tako, da traja približno 500 do 600 ciklov, cikel pa je opredeljen kot polnjenje popolnoma mrtve baterije na 100% in nato ponovno izpraznitev na nič. Polnjenje baterije, ki ima na njej 50% napolnjenosti, nato izpraznitev nazaj na 50%, je delni cikel, zato boste slišali ljudi, ki govorijo, da napolnite baterijo, preden se bo izpraznil, in tudi slišali ljudi, ki vam govorijo nasprotno kot načine igranja sistema in zatiranja tega 500. cikla. Seveda ne deluje tako, ker baterija dejansko ne šteje števila ciklov polnjenja. Petsto je le ocena.
Toda dolgo življenjsko dobo je mogoče izmeriti v ciklih, kaj se zgodi, ko napolnite baterijo, in kako vpliva na prihodnje polnilne cikle, količino energije, ki jo je mogoče shraniti, in potencial (pomislite na število voltov) shranjenega naboja.
Oksidacija in učinkovitost se sovražita
Ker so električna vozila resnična in baterije, ki jih uporabljajo, noro drage, je bilo narejenih veliko raziskav, zakaj se litij-ionske baterije v času njihove življenjske dobe razgradijo. K sreči to velja tudi za manj drage (a še vedno drage!) Baterije v naših telefonih, in to zaradi kemičnih sprememb, ki se zgodijo med polnjenjem baterij.
Vemo, da polnjenje baterije pozitivno napolni litijeve ione, ki jih nato magnetno (elektrika je magnetizem) privlači negativna elektroda. Ko se privablja vedno več nabitih ionov, se razlika potenciala med negativno elektrodo in pozitivno elektrodo povečuje. Tako merite napetost - razliko potencialne energije med dvema elektrodama. Ko doseže točno določeno vrednost, se akumulator šteje za popolnoma napolnjeno. Med praznjenjem akumulatorja velja obratno, razlika potenciala pa se zmanjšuje, dokler ne doseže ničle, ker na negativni elektrodi ni več pozitivno nabitih ionov. Toda to ne pomeni, da je negativna elektroda čista in popolnoma enaka, kot je bila, preden ste začeli.
Elektrode oksidirajo. Na enak način lahko voda in zrak povzročijo rjavenje železa (od tod izhaja beseda oksidacija), litijeve, grafitne in elektrolitne soli pa bodo povzročile oksidacijo elektrode. Ko se vsak akumulator s pozitivnim nabojem odstrani od anode v bateriji, ostane mikroskopski sloj delcev in je kemično vezan na grafitno anodo. Ti delci so narejeni iz atomov litijevega oksida (litij, ki je povezan s kisikom) in atomov litijevega karbonata (litij, povezan z ogljikom), od katerih nobeden nima enakih kemijskih ali električnih lastnosti kot grafit. Ta plast posega v cikel napolnjenosti / praznjenja in tako se spreminjata potencial (napetost) in število nabitih ionov, ki jih je mogoče pritegniti. Sčasoma so spremembe dovolj, da jih opazimo. Če boste še naprej uporabljali baterijo in jo napolnili kot običajno, boste prišli do točke, ko ni shranjene dovolj električne energije za napajanje telefona.
Polnjenje akumulatorja v bistvu spremeni sestavo elektrod in vpliva na način polnjenja v prihodnosti.
Različne vrste litijevih sestavkov in različne soli, ki se uporabljajo v raztopini elektrolitov, vplivajo na to, koliko teh usedlin ostane na elektrodi. Toda materiali, ki omogočajo čistejši cikel, niso nujno najboljši, saj ne morejo zagotoviti toliko shranjene energije. Želimo, da so v naših telefonih baterije z veliko zmogljivostjo in nizko porabo, ker so varnejše od baterij z visoko porabo energije (in stanejo manj) in želimo, da naš telefon zagotavlja napajanje, dokler lahko. Električno vozilo lahko uporablja baterije z veliko zmogljivostjo, saj so zaščitene s trdnim okvirjem in verjetno ne bodo poškodovane. Potrebni so, ker mora biti avtomobil sposoben preiti dolge razdalje med polnjenji. Toda stroški nadomestne baterije za Teslin model S znašajo tudi 12.000 dolarjev. Del teh stroškov predstavljajo dragi materiali, ki se uporabljajo za izdelavo litij-nikelj-kobalt-aluminij-oksidne baterije, v nasprotju z osnovnimi litij-kobaltnimi baterijami, ki se uporabljajo v telefonu, ki ne zdržijo skoraj toliko ciklov, preden se razgradijo.
Napetostne zadeve
Eden največjih dejavnikov, ki lahko vpliva na koliko ciklov bo trajala litij-ionska baterija, je njena napetost. Telefoni in avtomobili niso edina stvar, zasnovana za delovanje na polnilne litijeve baterije, zato je leta 2015 ameriško ministrstvo za energijo porabilo veliko denarja in časa, da je točno ugotovilo, kaj povzroča težave in kako jih omiliti, saj sateliti uporabljajo litijeve baterije in sončni polnilci. Študije so pokazale, da je naslednji sestavni del akumulatorja naslednji največji krivec, ki lahko vpliva na dolgo življenjsko dobo akumulatorja, polnilna napetost in napetost zadržanega naboja.
Kemija, zaradi katere deluje litijeva baterija, seveda razgradi anodo in o tem smo govorili zgoraj. Če pa napolnite baterijo z več kot 3, 9 voltov ali shranite naboj z razliko potenciala, višjo od 3, 9 voltov, se pri katodi (pozitivna elektroda) zgodi enaka degradacija. To v bistvu zmanjša življenjsko dobo baterije na polovico. Polnilna napetost in zadržana napetost sta v bistvu enaka stvar, ker navdušujete vse sestavne dele akumulatorja, vendar polnjenje vnaša tudi toploto in višja bo polnilna napetost, da bo bolj vroča. Toplota, ki se uporablja pri vzbujanju akumulatorja nad 3, 9 volta, še poslabša degradacijo katode.
Ni skrivnega kabla proizvajalcev baterij, ki nas poskušajo pregnati; vse je kemija.
Z drugimi besedami, napetosti, potrebne za napajanje sodobnega telefona in hitro polnjenje baterije, pomeni, da stvari skoraj ni mogoče popraviti. Vsakdo, ki ima vajo z baterijo, je to videl v akciji. 12 ali 14-voltne baterije, uporabljene v orodju, ne zdržijo skoraj toliko ciklov kot v naših telefonih. Hranijo in delujejo z višjo napetostjo, polnijo se pri višji napetosti in veliko bolj vroče, na njih pa lahko opazno vplivamo že po nekaj ciklih polnjenja. Uporabljajo enake baterijske litijeve baterije kot telefon, saj bi z uporabo različnih materialov, ki jih vidimo v Tesla S bateriji, dražje in preprosto nimajo zelo dolge življenjske dobe. Hvala bogu, da lahko recikliramo večino materialov v njih in se ne utopimo v morju zavrženih baterij Makita in Porter-Cable z litijem, ki je dražji od zlata.
Dobra novica je, da vsa podjetja, ki izdelujejo litijeve baterije, delajo na izboljšanju stvari. Kdor si lahko omisli prvo baterijo, ki zdrži bistveno dlje, bo od tega zaslužil veliko denarja. Vse, kar lahko storimo, je, da napolnimo svoje telefone, ko jih je treba polniti, in vemo, da med proizvajalci baterij ni nekaj zarote, da bi pogosteje kupovali nove izdelke.
Ti telefoni Android imajo najboljšo življenjsko dobo baterije
