Зміст:
Я впевнений, що ви помітили, що помічаєте різницю в тому, наскільки добре акумулятор телефону заряджається після року або близько того. Якщо ви тримаєте телефон досить довго, його акумулятор може навіть не мати достатнього заряду, щоб вижити цілий день. Ви коли-небудь замислювалися, чому?
Акумулятори: як вони працюють?
Електрика не є магічною. Насправді це досить нудна тема для більшості з нас, і ми хочемо, щоб вона була там лише тоді, коли нам потрібно її використовувати. Але, щоб зрозуміти, чому ваш телефон зараз заряджається більше, ніж коли ви вперше отримали його, вам потрібно трохи знати про те, як працює акумулятор. Не хвилюйтесь, тут ми будемо дотримуватися основ.
Електрика, як і будь-яка енергія, - це не річ, яку ви можете створити. Всі речі, які ми вважаємо «виготовленням» електрики, насправді лише перетворюють одну форму енергії в іншу, і акумулятор використовує хімічну реакцію (енергію) для побудови електричного заряду, який можна виміряти з часом. Для створення цього заряду можуть бути використані різні матеріали, які дадуть різні результати. У своїх телефонах ми використовуємо літієві акумулятори, оскільки вони забезпечують гідний рівень виходу за розумні витрати.
Приблизний термін служби акумулятора телефону - це саме те, що є оцінкою.
Всередині акумуляторної батареї телефону ви знайдете три компоненти, важливі для того, про що ми говоримо: негативний електрод (який називається анодом і, як правило, виготовлений з графіту), позитивний електрод (званий катодом і виготовлений із суміші літію та інших металів) та розчин електроліту. Хімія між цими трьома речами в своїй основі проста, і саме тому їх можна використовувати для накопичення енергії. Коли ви застосовуєте заряд до електродів (від свого зарядного пристрою), іони літію позитивно заряджаються і притягуються до негативного електрода. Коли виймаєте заряд від акумулятора, ці літієві іони втрачають позитивний заряд і більше не притягуються до негативного електрода. Чим довше ви витягуєте накопичену енергію від зарядженої батареї, тим більше іонів літію, які більше не заряджаються, збільшується, поки просто не вистачить їх для отримання будь-якого виходу, і акумулятор загине. Підключення його до зарядного пристрою скидає цей цикл.
«Цикл» - тут важливе слово. Оскільки батареї призначені для зберігання заряду, важко виміряти їх термін експлуатації як одиницю часу. Акумулятор, який триває два роки для вас, може тривати лише шість місяців для когось іншого, оскільки він використовується по-іншому. Щоб ми могли оцінити, як довго очікувати їх тривалості, довговічність акумулятора вимірюється циклами зарядки. Як правило, акумулятор телефону розрахований на тривалість приблизно 500 - 600 циклів, а цикл визначається як зарядження повністю відмерлого акумулятора до 100%, а потім знову його зведення до нуля. Заряджання акумулятора з залишком 50% заряду, а потім його спорожнення до 50% - це частковий цикл, тому ви почуєте людей, які говорять вам, щоб зарядити акумулятор, перш ніж він розрядиться, а також почуєте людей, які говорять вам навпаки. як способи гри в систему та стримування цього 500-го циклу. Звичайно, це не працює так, оскільки акумулятор насправді не підраховує кількість циклів заряду. П'ятсот - це лише оцінка.
Але довговічність може бути виміряна в циклах через те, що відбувається під час зарядки акумулятора та як це впливає на майбутні цикли зарядки, кількість енергії, яка може зберігатися, та потенціал (думаю, кількість вольт) накопиченого заряду.
Окислення та ефективність ненавидять один одного
Оскільки електромобілі - це справжня річ, а акумулятори, які вони використовують, шалено дорогі, було проведено багато досліджень, чому літій-іонні акумулятори деградують протягом життя. На щастя, це стосується і менш дорогих (але все-таки дорогих!) Акумуляторів всередині наших телефонів, і це через хімічні зміни, що відбуваються під час заряджання акумуляторів.
Ми знаємо, що заряджання акумулятора позитивно заряджає іони літію, які потім магнетично (електрика - магнетизм) притягуються до негативного електрода. У міру залучення все більше заряджених іонів різниця потенціалів між негативним електродом і позитивним електродом зростає. Ось як ви вимірюєте напругу - різницю потенційної енергії між двома електродами. Після досягнення конкретного читання акумулятор вважається повністю зарядженим. Навпаки, під час розрядження акумулятора, різниця потенціалів зменшується, поки вона не досягне нуля, оскільки більше негативно заряджених іонів у негативного електрода немає. Але це не означає, що негативний електрод чистий і точно такий, як був до початку роботи.
Електроди окислюються. Так само, як вода і повітря можуть призвести до іржі заліза (звідси походить слово окислення), літієві, графітові та електролітні солі призведуть до окислення електрода. Коли кожен позитивно заряджений іон відбирається від анода в акумуляторі, мікроскопічний шар частинок залишається позаду і хімічно пов'язаний з графітовим анодом. Ці частинки виготовлені з атомів оксиду літію (літій, пов'язаний з киснем) та атомів карбонату літію (літій, пов'язаний з вуглецем), жоден з яких не має таких самих хімічних чи електричних властивостей, як графіт. Цей шар заважає циклу заряду / розряду, а також різниці потенціалів (напруги) та кількості заряджених іонів, які можуть бути залучені. Зрештою, змін достатньо, щоб помітити. Якщо ви продовжуєте використовувати акумулятор і заряджати його так, як зазвичай, ви досягнете місця, де не буде накопичено недостатньо електричної енергії для живлення телефону.
Заряджання акумулятора істотно змінює склад електродів і впливає на спосіб заряджання в майбутньому.
Різні типи літієвих композицій, а також різні солі, що використовуються в розчині електроліту, впливають на те, скільки цих відкладень залишається на електроді. Але матеріали, які створюють більш чистий цикл, не завжди є найкращими, оскільки вони не можуть забезпечити стільки збереженої енергії. Ми хочемо, щоб у наших телефонах були акумулятори високої ємності та низької потужності, оскільки вони безпечніші, ніж батареї високої потужності (і коштують дешевше), і ми хочемо, щоб вони забезпечували живлення нашого телефону, поки вони можуть. Електричний транспортний засіб може використовувати акумулятори високої потужності, оскільки вони захищені міцною рамою і не можуть бути пошкоджені. Вони необхідні, тому що автомобіль повинен проходити великі відстані між зарядами. Але вартість замінного акумулятора для Tesla Model S теж становить 12 000 доларів. Частина цієї вартості пов'язана з дорогими матеріалами, які використовуються для створення літій-нікелево-кобальтово-оксидного алюмінієвого акумулятора, на відміну від основних літій-кобальтових акумуляторів, що використовуються в телефоні, які не тривають майже стільки циклів, перш ніж вони погіршаться.
Питання напруги
Один з найбільших факторів, який може впливати на скільки циклів триватиме літій-іонний акумулятор, - це його напруга. Телефони та автомобілі - не єдині речі, розроблені для роботи на акумуляторних літієвих батареях, і в 2015 році Міністерство енергетики США витратило багато грошей і часу, щоб точно зрозуміти, що викликає проблеми, і як їх пом'якшити, оскільки супутники використовують літієві батареї і сонячні зарядні пристрої. Дослідження показали, що після складу самої батареї наступним найбільшим винуватцем, який може вплинути на довговічність акумулятора, є напруга заряду та напруга утримуваного заряду.
Хімія, завдяки якій літієвий акумулятор працює, природним чином погіршує анод, і саме про це ми говорили вище. Але якщо ви заряджаєте акумулятор потужністю більше 3, 9 вольт або зберігаєте заряд з різницею потенціалу вище 3, 9 вольт, такий же деградація відбувається і з катодом (позитивний електрод). Це по суті скорочує довговічність акумулятора навпіл. Напруга зарядки та напруга, що утримується, - це одне і те саме, тому що ви захоплюєте всі компоненти акумулятора, але зарядка також подає тепло, і чим вище напруга зарядки, тим гарячіше воно буде. Нагрівання, яке застосовується при збудженні акумулятора вище 3, 9 вольт, ще більше погіршує деградацію катода.
Не існує секретного кабалу виробників акумуляторів, які намагаються втекти від нас; це все хімія.
Іншими словами, напруги, необхідні для живлення сучасного телефону та швидкої зарядки його акумулятора, означають, що «виправити» речі практично неможливо. Хтось із свердлом, що працює на батареях, бачив це в дії. 12-ти або 14-вольтові акумулятори, що використовуються в цьому інструменті, не мають стільки циклів, скільки в наших телефонах. Вони зберігають і працюють при більш високій напрузі, заряджаються при більш високій напрузі та набагато гарячіше, і на них можна помітно вплинути лише через кілька циклів зарядки. Вони використовують ті ж основні літієві акумулятори, що і телефон, тому що використання матеріалів, які ми бачимо в акумуляторі Tesla S, зробить їх дорожче, і у них просто не дуже довгий термін експлуатації. Слава богу, що ми можемо переробити більшість матеріалів у них, і ми не топимось у морі викинутих батарей Makita та Porter-Cable, літій яких дорожчий, ніж золото.
Хороша новина полягає в тому, що всі компанії, які виробляють літієві батареї, працюють над тим, щоб покращити справи. Хто може придумати перший акумулятор, який вистачить значно довше, той заробить багато грошей. Все, що ми можемо зробити, - це заряджати телефони, коли їх потрібно заряджати, і знати, що між виробниками акумуляторів немає змови, щоб змусити нас частіше купувати нові продукти.
Ці телефони Android мають найкращий термін служби акумулятора
