Я уверен, вы заметили заметную разницу в том, насколько хорошо аккумулятор телефона держит заряд через год или около того. Если вы держите телефон достаточно долго, его аккумулятору может не хватить заряда даже на целый день. Вы когда-нибудь задумывались, почему?
Ответ одновременно простой и не очень. Но чтобы полностью понять, почему батарея вашего телефона не всегда работает так долго, как при первой покупке, вам сначала нужно понять, как работают батареи. Мы постараемся разложить это как можно проще.
Лучшие на сегодняшний день предложения для телефонов Android
Батарейки: как они работают?
Электричество не является волшебным. На самом деле, для большинства из нас это довольно скучная тема, и мы хотим, чтобы она была рядом только тогда, когда нам нужно ее использовать. Но чтобы понять, почему вашему телефону сейчас нужно заряжать больше, чем когда вы его впервые получили, вам нужно немного узнать о том, как работает аккумулятор. Не волнуйтесь, здесь мы остановимся на основах.
Вам может понравиться
Электричество, как и любой другой вид энергии, нельзя создать. Все, что мы называем «производством» электричества, на самом деле всего лишь преобразует одну форму энергии в другую, а батарея использует химическую реакцию (энергию) для создания электрического заряда, который можно измерять с течением времени. Для создания этого заряда можно использовать разные материалы, и они дадут разные результаты. В наших телефонах мы используем литиевые аккумуляторы, поскольку они обеспечивают достойный уровень производительности за разумную цену.
При этом компании работают над использованием различных материалов для изготовления батарей. Некоторые из них могут обеспечить большую емкость, некоторые имеют более длительный срок службы, а третьи огнестойки. В конечном итоге ситуация изменится, когда стоимость более «экзотических» батарей снизится.
Предполагаемый срок службы аккумулятора телефона — это всего лишь оценка.
Внутри аккумулятора телефона вы найдете три компонента, которые важны для того, о чем мы говорим: отрицательный электрод (называемый анодом и обычно сделанный из графита), положительный электрод (называемый катодом и сделанный из смеси лития и других металлов) и раствор электролита. Химия между этими тремя вещами проста по своей сути, и именно поэтому их можно использовать для хранения энергии.
Когда вы заряжаете электроды (от зарядного устройства), ионы лития заряжаются положительно и притягиваются к отрицательному электроду. Когда вы снимаете заряд с аккумулятора, эти ионы лития теряют свой положительный заряд и больше не притягиваются к отрицательному электроду.
Чем дольше вы потребляете накопленную энергию из заряженной батареи, тем больше ионов лития, которые больше не заряжены, увеличивается до тех пор, пока их не останется достаточно для выработки какой-либо мощности, и батарея разрядится. Подключение его к зарядному устройству сбрасывает этот цикл.
Раствор электролита необходим на 100%, но это также и самая опасная часть аккумулятора. Поскольку это жидкость, она имеет высокую теплоемкость, и если все тепло, которое она удерживает, достигнет определенной точки, она быстро расширится или даже взорвется.
Если вы заметили, что ваш телефон раздувается, немедленно прекратите его использование и отнесите его квалифицированному специалисту.
Когда этот возбужденный раствор электролита попадает на воздух, он также может загореться. Возможно, вы видели видео «взрыва» аккумулятора и знаете, насколько сильным он может быть. Использование старой, изношенной батареи на первый взгляд не опасно, но потеря эффективности приведет к увеличению нагрева, что может привести к… ну…
Слово «Цикл» здесь особенно важно. Поскольку батареи предназначены для хранения заряда, их срок службы сложно измерить в единице времени. Батарея, которая у вас работает два года, может прослужить только шесть месяцев у кого-то другого, потому что она используется по-другому.
Чтобы оценить, как долго они прослужат, срок службы аккумуляторов измеряется циклами зарядки. Аккумулятор телефона обычно рассчитан на работу от 500 до 1000 циклов, а цикл определяется как зарядка полностью разряженной батареи до 100 %, а затем ее повторный разряд до нуля.
Зарядка аккумулятора, в котором осталось 50 % заряда, а затем его разрядка до 50 % – это неполный цикл, поэтому вы услышите, как люди советуют вам заряжать аккумулятор до того, как он разрядится, а также услышите, как люди говорят вам обратное, как способы обмануть систему и предотвратить этот 500-й цикл. Конечно, это не работает, потому что аккумулятор фактически не считает количество циклов зарядки. Пятьсот — это всего лишь оценка.
Но долговечность можно измерять в циклах, потому что то, что происходит, когда вы заряжаете батарею, и как это влияет на будущие циклы зарядки, количество энергии, которая может быть сохранена, и потенциал (подумайте о количестве вольт) сохраненного заряда.
Окисление и эффективность ненавидят друг друга
Поскольку электромобили существуют, а используемые в них батареи чрезвычайно дороги, были проведены многочисленные исследования, чтобы выяснить, почему литий-ионные батареи деградируют в течение срока службы. К счастью, это также относится и к менее дорогим (но все же дорогим) аккумуляторам в наших телефонах, и это связано с химическими изменениями, которые происходят во время зарядки аккумулятора.
Мы знаем, что зарядка аккумулятора включает в себя положительную зарядку ионов лития, которые затем притягиваются магнитом (электричество — это форма магнетизма) к отрицательному электроду. По мере того, как притягивается все больше и больше заряженных ионов, разница потенциалов между отрицательным и положительным электродом увеличивается. Именно так вы измеряете напряжение — разницу потенциальной энергии между двумя электродами.
Как только он достигает определенного значения, аккумулятор считается полностью заряженным. Обратное верно при разрядке батареи: разность потенциалов уменьшается до тех пор, пока не достигнет нуля, поскольку на отрицательном электроде больше нет положительно заряженных ионов. Но это не означает, что отрицательный электрод чистый и точно такой же, каким он был до начала работы.
Электроды окисляются. Точно так же, как вода и воздух могут вызвать ржавчину железа (отсюда и произошло слово «оксидирование»), соли лития, графита и электролита вызывают окисление электрода. Когда каждый положительно заряженный ион удаляется с анода батареи, остается микроскопический слой частиц, химически связанных с графитовым анодом.
Эти частицы состоят из атомов оксида лития (лития, связанного с кислородом) и атомов карбоната лития (лития, связанного с углеродом), ни один из которых не имеет таких же химических или электрических свойств, как графит. Этот слой вмешивается в цикл заряда/разряда, и изменяются как разность потенциалов (напряжений), так и количество заряженных ионов, которые могут быть привлечены.
В конце концов, изменений достаточно, чтобы их заметить. Если вы продолжите использовать аккумулятор и заряжать его, как обычно, вы достигнете точки, когда запасенной электрической энергии будет недостаточно для питания вашего телефона.
Зарядка аккумулятора существенно меняет состав электродов и влияет на то, как он будет заряжаться в будущем.
Различные типы литиевых составов, а также различные соли, используемые в растворе электролита, влияют на количество этих отложений, остающихся на электроде. Однако материалы, которые способствуют более чистому циклу, не обязательно являются лучшими, поскольку они не могут обеспечить столько же запасенной энергии.
Нам нужны аккумуляторы большой емкости и малой мощности в наших телефонах, потому что они безопаснее, чем аккумуляторы высокой мощности (и стоят дешевле), и мы хотим, чтобы они обеспечивали питание наших телефонов как можно дольше. В электромобиле можно использовать аккумуляторы большой емкости и высокой мощности, поскольку их защищает прочная рама и вероятность их повреждения снижается. Они необходимы, потому что автомобиль должен иметь возможность преодолевать большие расстояния между зарядками.
Однако стоимость замены аккумулятора для Tesla Model S также составляет 12 000 долларов. Часть этой стоимости связана с дорогими материалами, используемыми для изготовления литий-никель-кобальт-алюминиево-оксидной батареи, в отличие от базовых литий-кобальтовых батарей, используемых в телефоне, которые не выдерживают столько циклов, прежде чем разрушатся.
Напряжение имеет значение
Одним из основных факторов, влияющих на срок службы литий-ионного аккумулятора, является его напряжение. Телефоны и автомобили — не единственные вещи, предназначенные для работы от перезаряжаемых литиевых батарей.
В 2015 году Министерство энергетики США вложило значительную сумму денег и времени в выявление причин проблем и разработку стратегий их смягчения, поскольку в спутниках используются литиевые батареи и солнечные зарядные устройства. Исследования показали, что после состава самой батареи следующим по величине фактором, влияющим на срок службы батареи, является напряжение зарядки и напряжение удерживаемого заряда.
Химический состав, который заставляет литиевую батарею работать, естественным образом разрушает анод, о чем мы говорили выше. Однако если вы заряжаете батарею напряжением более 3,9 В или сохраняете заряд с разностью потенциалов выше 3,9 В, такая же деградация происходит и с катодом (положительным электродом). Это существенно сокращает срок службы батареи вдвое.
Напряжение зарядки и удерживаемое напряжение — это, по сути, одно и то же, поскольку вы возбуждаете все компоненты батареи, но зарядка также приводит к выделению тепла, и чем выше напряжение зарядки, тем горячее оно будет. Нагрев, приложенный при возбуждении батареи выше 3,9 В, еще больше ухудшает деградацию катода.
Не существует тайной группы производителей аккумуляторов, пытающихся нас ограбить; это все химия.
Другими словами, напряжение, необходимое для питания современного телефона и быстрой зарядки его аккумулятора, означает, что «починить» ситуацию практически невозможно. Любой, у кого есть аккумуляторная дрель, видел это в действии. Батареи на 12 или 14 В, используемые в инструментах, не выдерживают столько же циклов, сколько в наших телефонах. Они хранятся и работают при более высоком напряжении, заряжаются при более высоком напряжении и при гораздо более высокой температуре, и на них может заметно повлиять всего лишь несколько циклов зарядки.
Они используют те же базовые литиевые батареи, что и телефоны, потому что использование материалов, которые мы видим в батареях Tesla S, сделает их более дорогими, и у них просто не очень долгий срок службы. Слава богу, мы можем переработать большую часть материалов, содержащихся в них, и не тонем в море выброшенных аккумуляторов Makita и Porter-Cable, поскольку литий дороже золота.
Хорошей новостью является то, что все компании, производящие литиевые батареи, работают над улучшением своей продукции. Первая компания, разработавшая аккумулятор, который будет работать значительно дольше, скорее всего, получит от этого существенную прибыль. Все, что мы можем сделать, это заряжать наши телефоны, когда они нуждаются в зарядке, и знать, что между производителями аккумуляторов нет какого-то заговора с целью заставить нас чаще покупать новые продукты.
Последнее обновление 01.11.2025
