Съдържание:
Сигурен съм, че сте забелязали, че виждате забележима разлика в това колко добре една батерия на телефона поддържа зареждане след около година. Ако държите телефон достатъчно дълго, батерията му може дори да няма достатъчно заряд, за да оцелее цял ден. Чудили ли сте се защо?
Батерии: Как работят?
Електричеството не е магическо. Всъщност тя е доста скучна тема за повечето от нас и искаме тя да е там, когато трябва да я използваме. Но за да разберете защо телефонът ви се нуждае от повече зареждания сега, отколкото при първото му получаване, трябва да знаете малко за това как работи батерията. Не се притеснявайте, тук ще се придържаме към основите.
Електричеството, като всеки вид енергия, не е нещо, което можете да създадете. Всички неща, за които мислим, че „произвеждат“ електричество, всъщност само превръщат една форма на енергия в друга, а батерията използва химическа реакция (енергия), за да изгради електрически заряд, който може да бъде измерен във времето. За изграждането на този заряд могат да бъдат използвани различни материали и те ще доведат до различни резултати. В нашите телефони използваме литиеви батерии, защото те осигуряват прилично ниво на продукция за разумни разходи.
Прогнозният живот на батерията на телефона е точно това - приблизителна оценка.
Вътре в батерията на телефона ще намерите три компонента, които са важни за това, за което говорим: отрицателен електрод (наречен анод и обикновено изработен от графит), положителен електрод (наречен катод и направен от смес от литий и други метали) и електролитен разтвор. Химията между тези три неща е проста в основата си и затова те могат да бъдат използвани за съхраняване на енергия. Когато приложите заряд към електродите (от вашето зарядно устройство), литиевите йони се зареждат положително и се привличат към отрицателния електрод. Когато издърпате заряд от батерията, тези литиеви йони губят положителния си заряд и вече не са привлечени от отрицателния електрод. Колкото по-дълго дърпате запаметената енергия далеч от заредена батерия, броят на литиевите йони, които вече не се зареждат, се увеличава, докато просто няма достатъчно от тях, за да генерира изход и батерията е изчезнала. Включването му в зарядно устройство нулира този цикъл.
"Цикъл" е важна дума тук. Тъй като батериите са проектирани да съхраняват заряд, е трудно да се измери техният експлоатационен живот като единица време. Батерия, която издържа две години за вас, може да издържи само шест месеца за някой друг, защото се използва по различен начин. За да можем да преценяваме колко дълго да очакваме да издържат, дълголетието на батерията се измерва чрез цикли на зареждане. Обикновено телефонната батерия е проектирана да издържа около 500 до 600 цикъла, а цикълът се определя като зареждане на напълно мъртва батерия до 100%, след което отново се изтощава до нула. Зареждането на батерия, на която е оставена 50% заряд, след това изтощаването й до 50% е частичен цикъл, поради което ще чувате хора да ви казват да зареждате батерията си, преди да се изтощи, а също и да чуете хора да ви казват обратното като начини да играете на системата и да спрете този 500-и цикъл. Разбира се, не работи по този начин, тъй като батерията всъщност не отчита броя цикли на зареждане. Петстотин е само оценка.
Но дълголетието може да се измери в цикли поради това, което се случва, когато зареждате батерия и как това се отразява на бъдещите цикли на зареждане, количеството енергия, което може да се съхранява, и потенциалът (помислете за броя на волта) на съхранения заряд.
Окисляването и ефективността се мразят
Тъй като електрическите превозни средства са истинско нещо и батериите, които използват са безумно скъпи, бяха направени множество проучвания защо литиево-йонните батерии се разграждат по време на живота им. За щастие, това се отнася и за по-евтините (но все пак скъпи!) Батерии в нашите телефони и това се дължи на химичните промени, които се случват по време на зареждане на батериите.
Ние знаем, че зареждането на батерията положително зарежда литиеви йони, които след това са магнитно (електричеството е магнетизъм), привлечени от отрицателния електрод. С привличането на повече и повече заредени йони, разликата в потенциала между отрицателния електрод и положителния електрод се увеличава. Така измервате напрежението - разликата на потенциалната енергия между два електрода. След като достигне определено отчитане, батерията се счита за напълно заредена. Обратното е валидно при разреждане на батерия и разликата в потенциала намалява, докато достигне нула, тъй като при отрицателния електрод няма по-положително заредени йони. Но това не означава, че отрицателният електрод е чист и точно такъв, какъвто е бил преди да започнете.
Електродите се окисляват. По същия начин водата и въздухът могат да причинят ръжда на желязо (откъдето идва думата окисляване), литиеви, графитни и електролитни соли ще доведат до окисляване на електрод. Когато всеки положително зареден йон се отстрани от анода в акумулатор, микроскопичен слой от частици се оставя зад себе си и е химически свързан с графитния анод. Тези частици са направени от литиеви оксидни (литий, свързани с кислород) атоми и литиеви карбонати (литий, свързани с въглерод) атоми, нито един от които няма същите химични или електрически свойства като графит. Този слой пречи на цикъла на заряд / разряд и разликата в потенциала (напрежението) и броя на заредените йони, които могат да бъдат привлечени, се променят. В крайна сметка промените са достатъчни, за да забележите. Ако продължите да използвате батерията и да я зареждате както обикновено, стигате до точката, в която няма достатъчно електрическа енергия, която да се съхранява за захранване на телефона ви.
Зареждането на батерията съществено променя състава на електродите и влияе върху начина, по който тя ще се зарежда в бъдеще.
Различните видове литиеви състави, както и различни соли, използвани в електролитния разтвор, оказват влияние върху това колко от тези отлагания се оставят на електрода. Но материалите, които създават по-чист цикъл, не са непременно най-добрите, защото не могат да осигурят толкова съхранена мощност. Искаме батерии с голям капацитет и ниска мощност в нашите телефони, защото те са по-безопасни от батериите с висока мощност (и струват по-малко) и искаме те да осигуряват захранване на нашия телефон, стига да могат. Електрическото превозно средство може да използва батерии с голяма мощност, тъй като те са защитени от здрава рамка и няма вероятност да се повредят. Те са необходими, защото една кола трябва да може да измине големи разстояния между таксите. Но цената на резервна батерия за Tesla Model S също е 12 000 долара. Част от тази цена идва от скъпите материали, използвани за изграждането на литиево-никелова-кобалт-алуминиево-оксидна батерия, за разлика от основните литиево-кобалтови батерии, използвани в телефона, които не издържат толкова много цикли, преди да се влошат.
Въпросите са от значение
Един от най-големите фактори, които могат да повлияят на колко цикъла ще продължи литиево-йонната батерия, е нейното напрежение. Телефоните и автомобилите не са единствените неща, предназначени да работят на акумулаторни литиеви батерии, а през 2015 г. Министерството на енергетиката на САЩ похарчи много пари и време, за да види точно какво причинява проблеми и как да ги смекчи, тъй като сателитите използват батерии на литиева основа и слънчеви зарядни. Проучванията установяват, че след състава на самата батерия, следващият най-голям виновник, който може да повлияе на дълголетието на батерията, е напрежението на зареждане и напрежението на задържания заряд.
Химията, която кара литиевата батерия да работи естествено, влошава анода и за това говорихме по-горе. Но ако зареждате батерия с повече от 3, 9 волта или съхранявате заряд с разлика в потенциала по-висока от 3, 9 волта, същият вид деградация се случва с катода (положителен електрод). Това по същество съкращава дълголетието на батерията наполовина. Зарядното напрежение и задържаното напрежение по същество са едно и също нещо, защото вълнувате всички компоненти на батерията, но зареждането също внася топлина и колкото по-високо е напрежението за зареждане, толкова по-горещо ще бъде. Топлината, приложена при възбуждане на батерия по-висока от 3, 9 волта, влошава допълнително разграждането на катода.
Няма тайна кабала от производители на батерии, които се опитват да ни избягат; всичко е химия.
С други думи, напреженията, необходими за захранване на модерен телефон и бързо зареждане на батерията, означават, че е почти невъзможно да се "поправят" нещата. Всеки с тренировка с батерия е видял това в действие. 12 или 14-волтовите батерии, използвани в инструмент, не издържат толкова много цикли, колкото тези в нашите телефони. Те съхраняват и работят при по-високо напрежение, зареждат се при по-високо напрежение и много по-горещо и могат да бъдат забележимо повлияни само след няколко цикъла на зареждане. Те използват същите основни литиеви батерии като телефон, тъй като използването на видове материали, които виждаме в батерията на Tesla S, би ги направило по-скъпи и те просто нямат много дълъг живот. Слава богу, че можем да рециклираме повечето материали в тях и не се удавяме в море от изхвърлени батерии Makita и Porter-Cable с литий, който е по-скъп от златото.
Добрата новина е, че всички компании, които правят литиеви батерии, работят върху подобряването на нещата. Който може да излезе с първата батерия, която издържа значително по-дълго, ще спечели много пари от нея. Всичко, което можем да направим, е да заредим телефоните си, когато трябва да бъдат зареждани, и знайте, че няма производител на конспирация между производителите на батерии, които да ни карат да купуваме по-често нови продукти.
Тези телефони с Android имат най-добрия живот на батерията
