Obsah:
Určite ste si všimli, že vidíte zreteľný rozdiel v tom, do akej miery je batéria telefónu nabitá približne po roku. Ak budete telefón držať dostatočne dlho, jeho batéria nemusí mať dostatok času na prežitie celý deň. Premýšľali ste niekedy prečo?
Batérie: Ako fungujú?
Elektrina nie je kúzelná. V skutočnosti je to pre väčšinu z nás dosť nudná téma a chceme, aby tam bola len vtedy, keď ju potrebujeme použiť. Ale aby ste pochopili, prečo je potrebné, aby bol váš telefón nabitý viac, ako keď ste ho prvýkrát dostali, musíte vedieť niečo o tom, ako funguje batéria. Nerobte si starosti, budeme tu držať základy.
Elektrina, rovnako ako všetky druhy energie, nie je vec, ktorú môžete vytvoriť. Všetky veci, ktoré považujeme za „výrobu“ elektriny, skutočne premieňajú iba jednu formu energie na druhú a batéria používa chemickú reakciu (energiu) na vybudovanie elektrického náboja, ktorý je možné časom merať. Na zostavenie tohto náboja sa môžu použiť rôzne materiály a prinesú rôzne výsledky. V našich telefónoch používame lítiové batérie, pretože poskytujú slušnú úroveň výstupu za rozumnú cenu.
Odhadovaná životnosť batérie telefónu je len odhadovaná.
Vo vnútri batérie telefónu nájdete tri komponenty, ktoré sú dôležité pre to, o čom hovoríme: záporná elektróda (nazývaná anóda a zvyčajne vyrobená z grafitu), pozitívna elektróda (nazývaná katóda a vyrobená zo zmesi lítia) a ďalšie kovy) a roztok elektrolytu. Chémia medzi týmito tromi vecami je na svojej základni jednoduchá a preto sa dajú použiť na ukladanie energie. Keď nabíjate elektródy (z nabíjačky), lítiové ióny sú kladne nabité a priťahujú sa na zápornú elektródu. Ak vytiahnete náboj z batérie, tieto lítiové ióny stratia svoj kladný náboj a už nie sú priťahované k zápornej elektróde. Čím dlhšie odložíte uloženú energiu z nabitej batérie, počet lítiových iónov, ktoré už nie sú nabité, sa zvyšuje, až kým ich nebude dosť na to, aby vyprodukovali akýkoľvek výkon a batéria je vybitá. Zapojením do nabíjačky sa tento cyklus vynuluje.
„Cyklus“ je tu dôležité slovo. Pretože batérie sú určené na ukladanie náboja, je ťažké zmerať ich použiteľnú životnosť ako jednotku času. Batéria, ktorá pre vás vydrží dva roky, môže trvať iba šesť mesiacov pre niekoho iného, pretože sa používa inak. Aby sme mohli odhadnúť, ako dlho majú vydržať, je životnosť batérie meraná cyklami nabíjania. Batéria telefónu je zvyčajne navrhnutá tak, aby vydržala približne 500 až 600 cyklov, a cyklus je definovaný ako nabíjanie úplne vybitej batérie na 100% a jej opätovné vybitie na nulu. Nabíjanie batérie, ktorá má na sebe 50% nabitie, potom jej vybitie na 50% je čiastočný cyklus, preto budete počuť ľudí, ktorí vám hovoria, aby ste nabili batériu skôr, ako sa vybije, a tiež budete počuť ľudí, ktorí vám hovoria opak. ako spôsob, ako zahrať systém a odvrátiť tento 500. cyklus. Takto to samozrejme nefunguje, pretože batéria v skutočnosti nezapočítava počet nabíjacích cyklov. Päťsto je len odhad.
Životnosť však možno merať v cykloch kvôli tomu, čo sa stane, keď nabíjate batériu a ako to ovplyvňuje budúce nabíjacie cykly, množstvo energie, ktorá sa môže uložiť, a potenciál (predpokladajte počet voltov) uloženého náboja.
Oxidácia a účinnosť sa navzájom nenávidia
Pretože elektrické vozidlá sú skutočnou vecou a batérie, ktoré používajú, sú šialene drahé, vykonalo sa veľa štúdií o tom, prečo sa lítium-iónové batérie počas svojej životnosti degradujú. Našťastie to platí aj pre lacnejšie (ale stále drahé!) Batérie v našich telefónoch a je to kvôli chemickým zmenám, ktoré sa vyskytujú počas nabíjania batérií.
Vieme, že nabíjanie batérie kladne nabíja lítiové ióny, ktoré sú potom magneticky (elektrina je magnetizmus) priťahované k zápornej elektróde. Keď sa priťahuje stále viac nabitých iónov, zvyšuje sa rozdiel potenciálov medzi zápornou a kladnou elektródou. Takto meriate napätie - rozdiel potenciálnej energie medzi dvoma elektródami. Keď dosiahne určitú hodnotu, batéria sa považuje za úplne nabitú. Opak je pravdou pri vybíjaní batérie a rozdiel potenciálu klesá, až kým nedosiahne nulu, pretože na zápornej elektróde už nie sú prítomné viac kladne nabité ióny. To však neznamená, že negatívna elektróda je čistá a presne rovnaká, ako bola pred tým, ako ste začali.
Elektródy oxidujú. Rovnako ako voda a vzduch môžu spôsobiť hrdzu železa (odtiaľ pochádza slovo oxidácia), ióny lítia, grafitu a elektrolytu spôsobia oxidáciu elektródy. Keď je každý kladne nabitý ión odstránený z anódy v batérii, zostane mikroskopická vrstva častíc a bola chemicky spojená s grafitovou anódou. Tieto častice sú vyrobené z atómov oxidu lítneho (lítium viazaný s kyslíkom) a atómov uhličitanu lítneho (lítium viazaný s uhlíkom), z ktorých žiadny nemá rovnaké chemické alebo elektrické vlastnosti ako grafit. Táto vrstva interferuje s cyklom nabíjania / vybíjania, ako aj rozdielom potenciálu (napätie) a počtu nabitých iónov, ktoré môžu byť priťahované. Zmeny si nakoniec všimnú. Ak budete batériu naďalej používať a nabíjať ju obvyklým spôsobom, dostanete sa do bodu, v ktorom nie je dostatok elektrickej energie na napájanie telefónu.
Nabíjanie batérie zásadne mení zloženie elektród a ovplyvňuje spôsob nabíjania v budúcnosti.
Rôzne typy zložení lítia, ako aj rôzne soli používané v roztoku elektrolytu, majú vplyv na to, koľko z týchto usadenín zostalo na elektróde. Materiály, ktoré vytvárajú čistší cyklus, však nemusia byť vždy najlepšie, pretože nedokážu poskytnúť toľko uloženej energie. V našich telefónoch požadujeme vysokokapacitné, nízkoenergetické batérie, pretože sú bezpečnejšie ako vysokovýkonné batérie (a sú lacnejšie) a chceme, aby dodávali energiu do nášho telefónu tak dlho, ako to bude možné. Elektrické vozidlo môže používať vysokokapacitné vysokovýkonné batérie, pretože sú chránené pevným rámom a nie je také pravdepodobné, že by boli poškodené. Sú potrebné, pretože auto musí byť schopné prejsť veľké vzdialenosti medzi poplatkami. Náklady na náhradnú batériu pre model Tesla Model S sú však tiež 12 000 dolárov. Časť týchto nákladov pochádza z drahých materiálov použitých na výrobu batérie lítium-nikel-kobalt-oxid hlinitý na rozdiel od základných lítium-kobaltových batérií používaných v telefóne, ktoré nevydržia takmer toľko cyklov, než sa rozložia.
Napätie záleží
Jedným z najväčších faktorov, ktoré môžu ovplyvniť, koľko cyklov lítium-iónová batéria vydrží, je jej napätie. Telefóny a autá nie sú jediné, ktoré sú určené na používanie na nabíjateľných lítiových batériách. Ministerstvo energetiky USA v roku 2015 vynaložilo veľa peňazí a času na to, aby zistili, čo spôsobuje problémy a ako ich zmierniť, pretože satelity používajú lítiové batérie. a solárne nabíjačky. Štúdie zistili, že po zložení samotnej batérie je ďalším najväčším vinníkom, ktorý môže ovplyvniť životnosť batérie, nabíjacie napätie a napätie zadržaného náboja.
Chémia, vďaka ktorej funguje lítiová batéria, prirodzene degraduje anódu, a to je to, o čom sme hovorili vyššie. Ak však nabijete batériu s viac ako 3, 9 voltov alebo ak uložíte poplatok s rozdielom potenciálu vyšším ako 3, 9 voltu, ku katóde dôjde k rovnakému druhu degradácie (kladná elektróda). To v podstate znižuje životnosť batérie na polovicu. Nabíjacie napätie a udržiavané napätie sú v podstate rovnaké, pretože vzrušujú všetky komponenty batérie, ale nabíjanie tiež prináša teplo a čím vyššie nabíjacie napätie, tým bude horšie. Teplo použité pri excitácii batérie vyššej ako 3, 9 V ďalej zhoršuje degradáciu katódy.
Výrobcovia batérií, ktorí sa nás snažia utiecť, niet tajných tajomstiev; je to všetko chémia.
Inými slovami, napätie potrebné na napájanie moderného telefónu a rýchle nabíjanie jeho batérie znamená, že je takmer nemožné veci „opraviť“. Každý, kto má vŕtačku napájanú z batérie, to videl v akcii. 12 alebo 14 V batérie použité v nástroji nevydržia takmer toľko cyklov, ako sú batérie v našich telefónoch. Ukladajú a pracujú pri vyššom napätí, nabíjajú sa pri vyššom napätí a sú oveľa horúce a po niekoľkých nabíjacích cykloch ich možno zreteľne ovplyvniť. Používajú rovnaké základné lítiové batérie ako telefón, pretože používanie rôznych materiálov, ktoré vidíme v batérii Tesla S, by ich zdražilo a jednoducho nemajú veľmi dlhú životnosť. Vďaka bohu môžeme recyklovať väčšinu materiálov v nich a netopíme sa v mori vyradených batérií Makita a Porter-Cable, pričom lítium je drahšie ako zlato.
Dobrou správou je, že všetky spoločnosti, ktoré vyrábajú lítiové batérie, pracujú na vylepšovaní vecí. Každý, kto môže prísť s prvou batériou, ktorá vydrží podstatne dlhšie, z nej zarobí veľa peňazí. Môžeme iba nabiť naše telefóny, keď je potrebné ich nabiť, a vieme, že medzi výrobcami batérií neexistuje sprisahanie, aby sme si častejšie kupovali nové výrobky.
Tieto telefóny s Androidom majú najlepšiu výdrž batérie
