به وب‌سایت آموزشی خانم گل خوش آمدید!
علت اصلی کمر شدن عمر باتری

علت اصلی کمر شدن عمر باتری

قطعا متوجه شده‌اید که تفاوت قابل توجهی در میزان شارژدهی باتری گوشی پس از کاربرد یک ساله یا کمی بیشتر از آن وجود دارد. اگر برای مدت زیادی تلفن‌تان را نگه داشته‌اید ممکن است باتری آن توان شارژدهی لازم حتی برای کاربرد یک روز کامل را هم نداشته باشد. اما دلیل این اتفاق چیست؟ در ادامه در مطلب فناوری در مورد علت اصلی کمر شدن عمر باتری بیشتر صحبت خواهیم کرد.

باتری‌ها چگونه کار می‌کنند؟

در این مقاله وارد جزییات خسته کننده علمی نمی‌شویم، اما برای درک اینکه چرا پس از مدتی استفاده، تلفن‌های همراه نسبت به زمانی که به تازگی آنها را خریداری می‌کنیم به دفعات بیشتری شارژ کردن نیاز دارند، باید کمی درباره‌ی اصول اولیه‌ی نحوه‌ی عملکرد باتری‌ها بدانیم.

علت اصلی کمر شدن عمر باتری

الکتریسیته مثل تمام انواع دیگر انرژی چیزی نیست که بتوان تولید کرد. همه‌ی فعالیت‌هایی را که ما به عنوان تولید برق می‌شناسیم، فقط تبدیل یک نوع انرژی به نوع دیگر است.در باتری‌ها از یک واکنش کیمیاوی (انرژی) برای ایجاد بار‌ الکتریکی استفاده می‌شود که می‌تواند در طول زمان اندازه‌گیری شود. برای تولید این انرژی می‌توان از مواد مختلف کاربرد کرد که منجر به نتایج مختلفی خواهد شد. در تلفن‌ها‌ی همراه به دلیل بازده مناسب به نسبت قیمت از باتری‌های مبتنی بر لیتیوم استفاده می‌شود.

باتری تلفن همراه از سه جزء مهم تشکیل شده ‌است؛ یک الکترود منفی (به نام آند که حسب معمول از گرافیت ساخته شده است)، یک الکترود مثبت (به نام کاتد که از ترکیب لیتیوم و دیگر فلزات ساخته شده است) و محلول الکترولیت.

اساس واکنش کیمیایی بین این سه قسمت ساده است و به همین دلیل است که می‌توان آنها را برای ذخیره انرژی کاربرد کرد، هنگامی که الکترودها را شارژ می‌کنید (از طریق شارژر) یون‌های لیتیوم بار مثبت می‌گیرند و به الکترود منفی جذب می‌شوند.

هنگامی که باتری را از شارژر جدا می‌کنید این یون‌های لیتیوم شروع به از دست دادن بار مثبت خود می‌کنند و دیگر به الکترود منفی جذب نمی‌شوند. هر قدر انرژی ذخیره شده بیشتری را از یک باتری شارژ شده مصرف کنید، تعداد یون‌های لیتیوم که بار مثبت را از دست داده‌اند اضافه می‌یابد تا زمانی که دیگر تعداد آنها برای تولید انرژی خروجی کافی نیست و باتری کاملا تخلیه ‌می‌شود و اتصال دوباره آن به شارژر این چرخه را بازنشانی می‌کند.

طرز کار شارژ یون لیتیومی

این چرخه بسیار مهم است، از آنجایی که باتری‌ها برای ذخیره شارژ طراحی شده‌اند، اندازه‌گیری مدت عمر آنها دشوار است امکان دارد یک نوع باتری که دو سال برای شما کار کرده است فقط شش ماه برای فرد دیگری کار کند چرا که نحوه مصرف از باتری متفاوت بوده است؛ براین اساس می‌توان به جای تخمین طول عمر باتری بر اساس زمان از تعداد چرخه استعمال کرد.

باتری تلفن‌ها معمولا برای حدود ۵۰۰ تا ۶۰۰ چرخه طراحی می‌شود و یک چرخه به صورت شارژ باتری کاملا خالی به ۱۰۰ درصد و پس از آن تخلیه مجدد تا صفر تعریف شده است.

شارژ کردن کامل یک باتری که ۵۰ درصد شارژ دارد و سپس تخلیه‌ی مجدد آن تا ۵۰ درصد یک چرخه‌ی جزئی است، به همین دلیل است که توصیه‌هایی مبنی بر شارژ کردن یا نکردن باتری قبل از اینکه کاملا خالی شود می‌شنویم تا طول عمر باطری و این چرخه کمی بیشتر شود. با این حال قطعا باتری تعداد دفعات شارژ شدن را نمی‌شمارد و همه‌ی این اعداد ۵۰۰ یا ۶۰۰ تقریبی هستند.
شارژ شدن باتری، مقدار شارژی که می‌تواند ذخیره کند، نحوه‌ی استفاده از آن و فرق پتانسیل موجود (ولتاژ) در آن روی چرخه‌ی شارژ بعدی تاثیر گذار است.

اکسیداسیون و بهره‌وری کاملا در تضاد هستند

از آنجا که وسایل نقلیه الکتریکی در حال گسترش و باتری‌هایی که مصرف می‌کنند بسیار گران هستند، مطالعات زیادی در مورد اینکه چرا باتری‌های لیتیوم یون در طول عمر خود تحلیل می‌روند انجام شده است؛ این امر در مورد باتری‌های با قیمت کمتر (اما هنوز هم گران قیمت) مورد مصرف در تلفن‌های ما هم اعمال ‌شده و دلیل آن تغییرات کیمیایی است که در هنگام شارژ باتری اتفاق می‌افتد.

شارژ کردن باتری به یون‌های لیتیوم بار مثبت می‌دهد تا به وسیله‌ی انرژی مغناطیسی (الکتریسیته هم خاصیت مغناطیسی دارد) به الکترودهای منفی جذب شود. هنگامی که تعداد زیادی از یون‌های شارژ شده جذب می‌شوند فرق پتانسیل بین الکترود‌های مثبت و منفی بیشتر می‌شود، این تفارق پتانسیل با واحدی به نام ولتاژ اندازه‌گیری می‌شود و مشخصه ها ثبت شده روی باتری مربوط به ضدیت پتانسیل در زمان شارژ کامل است.

در حین تخلیه باطری مخالف این جریان اتفاق می‌افتد و تمایز پتانسیل کاهش می‌یابد تا آنکه به صفر برسد زیرا دیگر یونی با بار مثبت از الکترود منفی منتقل نمی‌شود. اما این بدان معنا نیست که الکترود منفی کاملا عاری از یون‌های لیتیوم می‌شود.

علت اصلی کمر شدن عمر باتری

الکترودهای باتری هم اکسید می‌شوند، به همان شیوه که آب و هوا می‌تواند موجب زنگ زدگی آهن (که موجب شکل گیری بررسی ها اکسیداسیون درجهان شد) شود، لیتیوم، گرافیت و نمک‌های الکترولیتی باعث اکسایش الکترود می‌شوند. وقتی که هریک از یون‌های مثبت از آند جدا می‌شود، لایه میکروسکوپی از ذرات جامانده با پیوند شیمیایی به آند گرافیتی متصل شده و رسوب می‌کنند.

این ذرات از اتم‌های لیتیوم اکسید (لیتیوم متصل به اکسیژن) و کربنات لیتیوم (لیتیوم متصل به کربن) ساخته شده‌اند و هیچ کدام از آنها خواص شیمیایی و الکتریکی مشابه‌ با گرافیت ندارند؛ این لایه باعث تداخل در چرخه شارژ و تخلیه می‌شود و فرق پتانسیل (ولتاژ) و تعداد یون‌های شارژ شده که می‌توانند جذب شوند را تغییر می‌دهد و در نهایت این تغییرات به حدی خواهد رسید که هنگام شارژ و مصرف از باتری انرژی الکتریکی کافی برای روشن شدن گوشی ذخیره نخواهد شد.شارژ کردن باتری اساسا ترکیب الکترودها را تغییر می‌دهد و در آینده موجب بروز مشکلاتی در شارژدهی می‌شود.

انواع مختلف ترکیبات لیتیوم و علاوه براین نمک‌های مختلفی که در محلول الکترولیت کاربرد می‌شود روی مقدار این رسوب‌های جا مانده روی الکترود موثر و تاثیرپذیر هستند بازهم موادی که برای یک چرخه تمیز کننده استفاده می‌شوند لزوما بهترین نتیجه را نمی‌دهند، چون نمی‌توانند قدرت ذخیره‌سازی باتری را کاملا احیا کنند. واکنش‌های شیمیایی بین فلزات و مواد شیمایی موجود در باتری به مرور زمان موجب تحلیل رفتن قسمت‌های فلزی می‌شود و مع الاسف نمی‌توان جلوی این فرایند را گرفت.

در تلفن‌های همراه از باتری‌های با ظرفیت بالا و قدرت کم استفاده می‌شود، ​​زیرا امنیت بیشتر و قیمت کمتری نسبت به باتری‌های با قدرت بالا دارند و باید برای زمان زیادی شارژدهی کنند.

یک وسیله نقلیه‌ی الکتریکی می‌تواند از باتری‌های با ظرفیت و قدرت بالا کاربرد کند چرا که آنها توسط یک پوشش جامد حراست می‌شوند و آسیب‌پذیر نیستند. یک خودرو الکتریکی نیز باید بتواند فاصله‌ی زیادی بین شارژ مجدد طی کند، اما برای مثال هزینه‌ی جایگزینی باتری برای خودرو تسلا مدل اس حدود ۱۲۰۰۰ دلار است، بخشی از این هزینه‌ها به‌خاطر مواد گران قیمت مورد کاربرد برای ساخت یک باتری لیتیوم نیکل-کبالت-آلومینیوم‌اکسید در مطابقت باتری‌های لیتیوم کبالت اولیه که در گوشی استعمال می‌شود است که طول عمر چرخه شارژ آنها چندین برابر بیشتر از باتری تلفن‌ها خواهد بود.

ولتاژ مهم است

یکی از بزرگترین عوامل که روی چرخه‌ی شارژ باتری لیتیوم یونی اثر گذار است ولتاژ آن است. از آنجا که گوشی‌ها و خودروها تنها وسایلی نیستند که از باتری‌های لیتیوم قابل شارژ کاربرد می‌کنند، در سال ۲۰۱۵ وزارت انرژی ایالات متحده مقدار زیادی پول و زمان صرف کرد تا متوجه شود دقیقا چه چیزی باعث این مشکلات و چه راهی باعث کاهش آنها می‌شود چون ماهواره‌ها از باتری‌های لیتیوم و شارژر شمسی و قمری مربوط به خورشید استفاده می‌کنند.پس از ترکیبات تشکیل دهنده باتری، بزرگترین مسئله‌ای که می‌تواند طول عمر باتری را تحت تاثیر قرار دهد، ولتاژ شارژ و ولتاژ تخلیه است.

واکنش شیمیائی که موجب کارکرد باتری لیتیومی می‌شود به طور طبیعی آند را تخریب می‌کند که در مورد آن توضیح دادیم. اما اگر باتری را با ولتاژ بیش از ۳.۹ ولت شارژ کنیم یا انرژی را با ضدیت پتانسیل فایق از ۳.۹ ولت ذخیره کنیم، تخریب یکسانی در کاتد (الکترودهای مثبت) اتفاق می‌افتد که طول عمر باتری را نصف می‌کند.ولتاژ شارژ و ولتاژ تخلیه در باتری اساسا یکسان است.

با افزودن ولتاژ همه اجزای باتری مبعوث تحریض خواهند شد که این امر موجب ازدیاد گرما می‌شود. هنگامی که یک باتری با بیش از ۳.۹ ولت شارژ شود دمای آن نقصان پیدا کرده و تخریب کاتد را بدتر می‌کند.

علت اصلی کمر شدن عمر باتری

به عبارت دیگر ولتاژی که برای کار کردن تلفن‌های باب و شارژ سریع آنها مورد نیاز است (۳.۹ ولت) به این معنی است که اصلاح این ساختارغیر ممکن است. کسانی که با یک ابزار دریل شارژی کار کرده‌اند این موضوع را به خوبی می‌داند، باتری‌های ۱۲ یا ۱۴ ولتی که در این ابزار کاربرد می‌شوند به کیل باتری‌های موجود در گوشی تیزفهم عمر نمی‌کنند، این باتری‌ها با ولتاژ فایق شارژ می‌شوند و به موجب آن بسیار گرم‌تر کار می‌کنند و بعد از تعداد کمی چرخه شارژ، به شدت تحت تأثیر قرار می‌گیرند. این وسایل از همان باتری‌های مبتنی بر لیتیوم موجود در تلفن‌ها مصرف می‌کنند، زیرا استفاده از مواد موجود در باتری خودرو‌های تسلا، قیمت آنها را گرانتر می‌کند.

خوشبختانه می‌توان کثرت از مواد مورد نیاز در تولید باطری‌ها را حاصل کرد در غیر این صورت فقط تامین باطری‌های مورد نیاز شرکت‌های ساخت ابزارهای کار شارژی باعث می‌شد تا لیتیوم از طلا هم گرانتر شود.

خبر خوب این است که همه شرکتهای تولید کننده باتری لیتیومی در حال تلاش برای بهتر کردن محصولات خود هستند. هر شرکتی که بتواند اولین باتری را که به طور قابل ملاحظه‌ای شارژدهی طولانی‌تر داشته باشد تولید کند قطعا درآمد بسیار خوبی از آن خواهد داشت. در حال حاضر تنهای کاری که می‌توان انجام داد این است که گوشی‌های کودن را تا زمانی که نیاز باشد شارژ کرد با علم به این که بین تولیدکنندگان باتری توطئه‌ای وجود ندارد که ما را به خرید محصولات جدید مجبور کند.
بیشتر بخوانید:

درباره نویسنده

مطالب مرتبط

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *