Taula de continguts:
Estic segur que heu notat que veieu una diferència notòria en la quantitat de càrrega que la bateria del telèfon requereix al cap d'un any. Si manteniu un telèfon prou llarg, és possible que la bateria no tingui prou càrrega per sobreviure un dia sencer. Alguna vegada us heu preguntat per què?
Bateries: com funcionen?
L’electricitat no és màgica. De fet, és un tema força avorrit per a la majoria de nosaltres i només volem que hi sigui quan haguem d’utilitzar-lo. Però per entendre per què el vostre telèfon necessita carregar-se més del que ho va fer quan el teníeu per primera vegada, heu de conèixer una mica el funcionament de la bateria. No us preocupeu, anem a complir els fonaments bàsics aquí.
L'electricitat, com qualsevol tipus d'energia, no és una cosa que puguis crear. Totes les coses que pensem com "fer" l'electricitat només converteixen una forma d'energia en una altra i una bateria utilitza una reacció química (energia) per generar una càrrega elèctrica que es pot combinar amb el pas del temps. Es poden utilitzar diferents materials per generar aquesta càrrega i obtindran resultats diferents. Als nostres telèfons, utilitzem bateries basades en liti perquè proporcionen un nivell de sortida decent per un cost raonable.
La vida estimada d’una bateria del telèfon és precisament així, una estimació.
Dins d’una bateria del telèfon, hi trobareu tres components importants per a què parlem: un elèctrode negatiu (anomenat ànode i normalment format per grafit), un elèctrode positiu (anomenat càtode i format a partir d’una barreja de liti. i altres metalls), i una solució d’electròlits. La química entre aquestes tres coses és senzilla en la seva base i és per això que es poden utilitzar per emmagatzemar energia. Quan apliqueu una càrrega als elèctrodes (del vostre carregador) els ions de liti es carreguen positivament i s’atrauen a l’elèctrode negatiu. Quan s'allunya una càrrega de la bateria, aquests ions de liti perden la seva càrrega positiva i ja no se senten atrets per l'elèctrode negatiu. Com més s’allunyi l’energia emmagatzemada lluny d’una bateria carregada, el nombre d’ions de liti que ja no es carreguen augmenta fins que no en queden prou per produir cap sortida i la bateria està morta. Si connecteu-lo a un carregador, es reinicia aquest cicle.
"Cicle" és una paraula important aquí. Com que les bateries estan dissenyades per emmagatzemar una càrrega, és difícil mesurar la seva vida útil com a unitat de temps. Una bateria que té una durada de dos anys només pot durar sis mesos per a una altra persona perquè s’utilitza de manera diferent. Perquè puguem tenir una estimació de quant temps esperen que duriran, es mesura la longevitat de la bateria mitjançant cicles de càrrega. Una bateria del telèfon està dissenyada generalment per durar al voltant de 500 a 600 cicles, i es defineix un cicle com carregar una bateria completament morta al 100% i tornar a drenar-la a zero. Carregar una bateria que li queda un 50% de càrrega, després drenar-la fins al 50% és un cicle parcial, és per això que sentiu a persones que us diuen que carregueu la bateria abans de baixar i també sentiu a persones que us diuen el contrari. com maneres de jugar al sistema i evitar aquest 500è cicle. Per descomptat, no funciona així perquè la bateria no té en compte el nombre de cicles de càrrega. El cinc-cents només és una estimació.
Però la longevitat es pot mesurar en cicles a causa del que passa quan carregueu una bateria i de com afecta els futurs cicles de càrrega, la quantitat d’energia que es pot emmagatzemar i el potencial (penseu el nombre de volts) de la càrrega emmagatzemada.
L’oxidació i l’eficiència s’odiren
Com que els vehicles elèctrics són una cosa real i les bateries que fan servir són bastant cares, s’han fet multitud d’estudis sobre per què es degraden les bateries d’ions de liti durant la seva vida. Afortunadament, això també s'aplica a les bateries menys cares (però encara cares!) Dels nostres telèfons, i es deu als canvis químics que es produeixen durant la càrrega de les bateries.
Sabem que carregar una bateria carrega positivament ions de liti que després són magnèticament (l’electricitat és magnetisme) atrets per l’elèctrode negatiu. A mesura que cada vegada s’atrauen més ions carregats, augmenta la diferència de potencial entre l’elèctrode negatiu i l’elèctrode positiu. Així és com mesura la tensió: la diferència d'energia potencial entre dos elèctrodes. Una vegada que arriba a una lectura específica, la bateria es considera completament carregada. El contrari és cert mentre descarregueu una bateria i la diferència de potencial disminueix fins a arribar a zero, ja que no hi ha ions carregats positivament a l’elèctrode negatiu. Però això no vol dir que l'elèctrode negatiu sigui net i exactament el mateix que abans de començar.
Els elèctrodes s’oxiden. De la mateixa manera que l’aigua i l’aire poden fer que el ferro s’oxida (que és d’on prové la paraula oxidació), les sales de liti, grafit i electròlits faran que l’elèctrode s’oxidi. Quan cada ió carregat positivament es separa de l’ànode d’una bateria, queda una capa microscòpica de partícules i s’ha unit químicament a l’ànode del grafit. Aquestes partícules estan constituïdes amb àtoms d’òxid de liti (liti unit a l’oxigen) i àtoms de carbonat de liti (unió de liti amb carboni), cap dels quals té les mateixes propietats químiques o elèctriques que el grafit. Aquesta capa interfereix amb el cicle de càrrega / descàrrega i tant la diferència de potencial (tensió) com el nombre d’ions carregats que poden atreure canvia. Al final, els canvis són suficients per notar. Si continueu utilitzant la bateria i carregant-la com normalment, arribareu al punt en què no hi ha prou energia elèctrica emmagatzemada per alimentar el telèfon.
La càrrega d’una bateria canvia essencialment la composició dels elèctrodes i afecta la forma que es carregarà en el futur.
Diferents tipus de composicions de liti, així com diferents sals utilitzades en la solució d’electròlits, tenen un efecte sobre la quantitat d’aquests dipòsits que queden enrere sobre l’elèctrode. Però els materials que fan un cicle més net no són necessàriament els millors perquè no poden proporcionar tanta potència emmagatzemada. Volem bateries d’alta potència i de baixa potència als nostres telèfons, perquè són més segures que les bateries d’alta potència (i costen menys) i volem que proporcionin energia al nostre telèfon sempre que puguin. Un vehicle elèctric pot utilitzar bateries de gran potència i de gran potència, ja que estan protegides per un marc sòlid i és probable que no es danyin. Són necessaris perquè un cotxe ha de poder recórrer llargues distàncies entre càrregues. Però el cost d’una bateria de reemplaçament d’un Tesla Model S també és de 12.000 dòlars. Una part d’aquest cost prové dels costosos materials que s’utilitzen per construir una bateria de liti-níquel-cobalt-alumini-òxid, a diferència de les bateries bàsiques de liti-cobalt que s’utilitzen en un telèfon que no duren gairebé tants cicles abans que es degradin.
Importa la tensió
Un dels majors factors que poden influir en quants cicles durarà una bateria d'ions de liti és el seu voltatge. Els telèfons i els cotxes no són els únics elements dissenyats per funcionar amb bateries recarregables de liti, i el 2015 el Departament d’Energia dels Estats Units va gastar molts diners i temps per veure exactament el que causa problemes i com mitigar-los perquè els satèl·lits utilitzen bateries basades en liti. i carregadors solars. Els estudis van trobar que després de la composició de la bateria, el següent major culpable que pot afectar la longevitat de la bateria és el voltatge de càrrega i el voltatge de la càrrega retinguda.
La química que fa funcionar una bateria de liti degrada naturalment l’ànode, i d’això us vam parlar anteriorment. Però si carregueu una bateria de més de 3, 9 volts o emmagatzeneu una càrrega amb una diferència de potencial superior a 3, 9 volts, el mateix tipus de degradació passa al càtode (elèctrode positiu). Això redueix essencialment la longevitat d’una bateria a la meitat. El voltatge de càrrega i el voltatge mantingut són essencialment el mateix perquè sou excitants tots els components d’una bateria, però la càrrega també introdueix calor i com més gran sigui el voltatge de càrrega, més calent serà. La calor aplicada quan una bateria excita més de 3, 9 volts empitjora encara més la degradació del càtode.
No hi ha cap cabal secret dels fabricants de bateries que intentin fugir de nosaltres; tot és química.
En altres paraules, les tensions necessàries per alimentar un telèfon modern i carregar ràpidament la bateria significa que és gairebé impossible "arreglar" les coses. Qualsevol que tingui un simulacre amb bateria ho ha vist en acció. Les bateries de 12 o 14 volts utilitzades en una eina no tenen una durada de tants cicles com les dels nostres telèfons. Emmagatzemen i funcionen a un voltatge més alt, es carreguen a un voltatge més elevat i molt més calent, i es poden veure sensiblement afectats després d’uns pocs cicles de càrrega. Utilitzen les mateixes bateries bàsiques de liti que un telèfon perquè utilitzar els tipus de materials que veiem en una bateria de Tesla S els faria més cars i no tenen una vida molt llarga. Gràcies a la bondat, podem reciclar la major part dels materials que hi trobem i no ens ofegem en un mar de bateries descartades Makita i Porter-Cable amb liti més car que l’or.
La bona notícia és que totes les empreses que fabriquen bateries de liti estan treballant per millorar les coses. Qui pugui obtenir la primera bateria que dura molt més, guanyarà molts diners. Tot el que podem fer és carregar els nostres telèfons quan s’han de carregar i saber que entre els fabricants de bateries no hi ha cap conspiració per aconseguir que comprem nous productes més sovint.
Aquests telèfons Android tenen la millor durada de la bateria
