холодильнике.
И насколько вредна быстрая зарядка? В общем, вопросов множество. Поэтому мы решили разобраться в теме и подготовили для вас самый подробный разбор про аккумуляторы ваших гаджетов.
Для начала 3 малоприятных факта:
- Если вы прямо сейчас заряжаете свой смартфон, то медленно губите его аккумулятор.
- Если вы не заряжайте смартфон, а просто пользуетесь им прямо сейчас вы все равно медленно губите его.
- Даже если вы не пользуетесь смартфоном выключили его положили в тумбочку вы все равно медленно губите аккумулятор.
Дело в том, что каждый цикл зарядки-разрядки неизбежно изменяет внутреннюю структуру батарей на физическом уровне и портит ее. Например, аккумуляторы в современных смартфонах в среднем теряют 20 % своей емкости спустя 500 полных циклов заряда-разряда. Это где-то полтора-два года работы. Более того процесс ускоряется со временем, поэтому следующие 20 процентов батарейка потеряет еще быстрее.
Но все-таки есть хорошая новость! Всё дело в том, что мы с вами можем влиять на скорость деградации аккумулятора и увеличить количество рабочих циклов с 500 до, скажем 1000, но, чтобы ответить на вопрос как это сделать давайте все-таки разберемся как устроена волшебная баночка с энергией.
И так, все аккумуляторы работают за счет химической реакции обмена электронов между атомами. В любой батарее есть две комнаты - анод и катод. Анод – комната с отрицательным зарядом, катод - с положительным. И эти комнаты не пустые внутри. Внутри находится графит, оксид кобальта, но самое главное вещества внутри аккумулятора - это ионы лития.
Именно литий отдает свои электроны и питает энергией наши девайсы. Поэтому аккумуляторы и называются литий-ионными.
Но фишка в том, что литий дарит нам энергию не потому что он такой альтруист. Литий — это скользкий тип, который постоянно ищет местечко покомфортнее и вот как это происходит.
Когда аккумулятор полностью заряжен литий отдыхает внутри анода. Там для него подготовлены удобные, в химическом смысле слова, шестиугольные ячейки атомов графита. Казалось бы, радуйся жизни, тусуйся внутри анода, но нет. Рядом есть катод наполненный еще более комфортабельной кристаллической решеткой оксида кобальта, куда литию уж очень хочет встроится, но он не может, потому что между катодом и анодом есть барьер - жидкий электролит. И его фишка в том, что он пропускает через себя только положительно заряженные частицы.
Поэтому перед литием стоит следующая задачка: чтобы пройти сквозь электролит ему очень хочется стать положительным, а для этого надо куда-то отдать электрон. А это именно то что нам нужно! Поэтому если мы замкнём минус и плюс аккумулятора в электрическую цепь то электроны начнут отделяться от лития и перемещаться от минуса к плюсу, по пути питая энергией все компоненты девайса. А литий в свою очередь пройдет сквозь электролит и встроится в кристаллическую решетку оксида кобальта. Именно так происходит разрядка аккумулятора.
Но как же зарядить аккумулятор?
Для этого мы обращаем процесс вспять: прикладываем к плюсу и минусу батарейки электрический ток с напряжением выше чем у аккумулятора. Электроны начинают течь обратно от катода и заполняют анод электронами что буквально вынуждает положительно заряженный ион лития вернуться обратно. Магия! Все очень просто и гениально.
Кстати за изобретение литий-ионного аккумулятора Mr. John B. Goodenough, Mr. M. Stanley Whittingham и Mr. Akira Yoshino получили нобелевскую премию, причем только в 2019 году.
Все эти электрохимической реакции не проходят бесследно.
Во-первых, части ионов лития проходя через электролит, тот что посередине, там застревают, образуя некую пленку, которая со временем утолщается и в конечном итоге становится непроницаемой.
Во-вторых, от оксида кобальта со временем отделяются атомы кислорода что приводит к окислению. Кстати, по этой же причине аккумуляторы вздуваются.
К счастью мы с вами можем минимизировать негативные последствия управляя двумя факторами:
- Температура
- Скорость зарядки
Как это работает?
Начнем с температуры. Во-первых, аккумуляторы не любят, когда слишком жарко или слишком холодно. В режиме эксплуатации мы можем пользоваться аккумулятором и на
морозе вплоть до -20 и в жару до +60 недолго и, если аккумулятор дополнительно защищен от экстремальных температур. Но вот заряжать аккумулятор можно строго при плюсовых температурах при этом не ниже +10 и не выше +45. Почему так?
Если говорить про отрицательные температуры, то вы наверняка замечали, что на морозе аккумулятор иногда теряет емкость или вообще отказывает работать. Это происходит потому, что при минусовых температурах электрохимическая реакция замедляется. При обычной эксплуатации в этом нет ничего страшного это никак не портит аккумулятор, но если проводить зарядку при низких температурах, то большей части ионов лития вместо того чтобы проникать в графитовый анод оседает на его поверхности. Этот эффект называется «гальваническая реакция», поэтому даже единичная зарядка аккумулятора на морозе неизбежно приведет к снижению емкости на десятки процентов и к существенному повышению сопротивления. Более того заряженный на морозе аккумулятора не является
безопасным. Он может взорваться из-за вибрации или просто высокого уровня
заряда. Поэтому не рекомендуем так делать, а если пришли с морозной улицы, то дождитесь пока девайс нагреется перед зарядкой.
Что происходит при высоких температурах?
Здесь наоборот: реакция ускоряется и атомы кислорода быстрее отделяются от оксида кобальта, что приводит к окислению и вздутию. Иными словами, тоже ничего хорошего. Поэтому не стоит класть телефон под прямые солнечные лучи, заряжать в жару больше +30 С и даже во время напряженных игровых сессий если вы чувствуете, что корпус смартфона нагрелся.
Второй важный момент – это напряжение. Это важно потому что нам нужно контролировать скорость зарядки. Аккумуляторы не любят, когда они полностью заряжены или полностью разряжены. Почему?
Во-первых, рассмотрим ситуацию, когда аккумулятор разряжен. Напряжение внутри него слишком низкое и если начать вливать в него слишком много энергии, то из-за перепада
напряжения скорость протекания реакции будет очень высокой и произойдет резкое
повышение температуры, а дальше возможно возгорание и взрыв. Это можно сравнить с
прорывом плотины. Поэтому если ваш смартфон разряжен в ноль, и вы подключаете его к зарядке, то встроенный контроллер какое-то время ограничивает скорость заряда чтобы хоть как-то выровнять напряжение, а уже после этого начинается более быстрая зарядка.
Обратная ситуация происходит при полном заряде. По мере наполнения аккумулятора
энергией внутри него растет напряжение, соответственно сопротивление, а вместе с
сопротивлением растет температура. Поэтому чтобы избежать перегрева при
достижении 80 % заряда, скорость зарядки всегда падает. Вы наверняка
замечали, что последние проценты при зарядке отдаются особенно тяжело. Кстати
аналогичным образом для аккумулятора вредна и быстрая разрядка, то есть если
вы играете в какую-то ресурса емкую игру телефон греется и разряжается от 100
% до нуля за час-полтора. Такой аккумулятор тоже долго не протянет.
Теперь мы с вами знаем все процессы, происходящие в аккумуляторе и наконец сможем
разобраться как именно нужно заряжать смартфон.
И у нас есть три опции как продлить жизнь аккумулятора в процессе эксплуатации и зарядки:
- От 0 % до 100 %
- От 20 % до 80 %
- По чуть-чуть в течение дня
Полагаем, вы уже догадались что зарядка от 0 до 100 % не самый лучший вариант потому что когда аккумулятор полностью наполнен это его самое нестабильное состояние:
- Ускоряется износ аккумулятор;
- Повышается риск перегрева и все это уменьшает ее жизненный цикл.
Именно поэтому электромобили всегда заряжают только до 80 % - это
продлевает срок службы на годы вперед. Так что наши любимые схемы эксплуатации
смартфона «разрядил в ноль и поставил держаться на ночь» это вообще-то полная
жесть. Более того когда мы оставляем заряжаться на ночь происходит еще одна
неприятные вещь - аккумулятор может дополнительно изнашиваться за счет микро
циклов зарядки, когда смартфон заряжается до 100 % потом останавливается и
немножко падает до 99 %, а зарядка включается снова и так далее. Именно поэтому Apple и другие компании внедряют оптимальную зарядку. Она останавливается при 80 % чтобы оставшуюся часть времени зарядить аккумулятор до 100 % очень медленно, таким образом исключается даже те самые мизерные циклы заряда-разряда, которые имеют место в уже заряженном девайсе.
Кстати, длительное время хранить аккумулятор при нулевом заряде тоже не полезно. Поэтому если у вас есть запасной смартфон лучше и зарядить его до 30-50 %, так он дольше прослужит.
По поводу схемы зарядки 20 / 80
Она выглядит куда более привлекательный и если есть возможность, то пользуйтесь ей. Всё потому что многие современные смартфоны имеют уже большой запас аккумулятора и не всегда обязательно заряжать до 100 %, а следить за зарядом вам помогут специальные приложения. Но дело в том, что и этот подход не идеален.
Если вы хотите поставить мировой рекорд по сроку службы батареи, то лучше всего держать ее в районе 50-70 процентов, постоянно потихонечку заряжая в течение дня. Это продлит срок службы аккумулятора во много раз. В целом для такой схемы хорошо подходит док-станции с беспроводной зарядкой, но здесь есть нюанс: дело в том, что эффективность современных беспроводных зарядок около 60 %. Это значит, что остальная энергия уходит в тепло поэтому пользоваться такой схемой стоит только в нежарких помещениях, но и если вы толерантны к перерасходу энергии.
Если перейти к выводам, то очень коротко получается примерно так:
- Избегайте экстремальных высоких и низких температур при хранении и эксплуатации аккумулятора.
- Заряжайте аккумулятор часто.
- Только тогда, когда он не падает до нуля и не поднимается до 100 %.
Команда Enercell
С заботой про ваши гаджеты
