Mục lục:
Tôi chắc chắn rằng bạn đã nhận thấy rằng bạn thấy một sự khác biệt đáng chú ý trong việc pin điện thoại giữ sạc tốt như thế nào sau một năm. Nếu bạn giữ một chiếc điện thoại đủ lâu, pin của nó thậm chí có thể không đủ sạc để tồn tại cả ngày. Đã bao giờ bạn tự hỏi tại sao?
Pin: Làm thế nào để họ làm việc?
Điện không phải là phép thuật. Trên thực tế, đó là một chủ đề khá nhàm chán đối với hầu hết chúng ta và chúng ta chỉ muốn nó ở đó khi chúng ta cần sử dụng nó. Nhưng để hiểu lý do tại sao điện thoại của bạn cần được sạc nhiều hơn so với khi bạn sử dụng lần đầu tiên, bạn cần biết một chút về cách thức hoạt động của pin. Đừng lo lắng, chúng tôi sẽ gắn bó với những điều cơ bản ở đây.
Điện, giống như bất kỳ loại năng lượng nào, không phải là thứ bạn có thể tạo ra. Tất cả những gì chúng ta nghĩ là "tạo ra" điện thực sự chỉ chuyển đổi một dạng năng lượng thành một dạng năng lượng khác và pin sử dụng phản ứng hóa học (năng lượng) để tạo ra một điện tích có thể được đo theo thời gian. Các vật liệu khác nhau có thể được sử dụng để xây dựng khoản phí này và chúng sẽ tạo ra kết quả khác nhau. Trong điện thoại của chúng tôi, chúng tôi sử dụng pin dựa trên lithium vì chúng cung cấp mức sản lượng khá với chi phí hợp lý.
Tuổi thọ ước tính của pin điện thoại chỉ là như vậy - một ước tính.
Bên trong pin điện thoại, bạn sẽ tìm thấy ba thành phần quan trọng cho những gì chúng ta đang nói đến: một điện cực âm (được gọi là cực dương và thường được làm bằng than chì), một điện cực dương (được gọi là cực âm và được làm từ hỗn hợp lithium và các kim loại khác), và dung dịch điện phân. Hóa học giữa ba điều này là đơn giản tại cơ sở của nó và là lý do tại sao chúng có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng. Khi bạn áp dụng một điện tích cho các điện cực (từ bộ sạc của bạn), các ion lithium được tích điện dương và bị hút vào điện cực âm. Khi bạn rút điện tích ra khỏi pin, các ion lithium này sẽ mất điện tích dương và không còn bị điện cực âm thu hút nữa. Bạn càng kéo năng lượng lưu trữ ra khỏi pin đã sạc càng lâu, số lượng ion lithium không còn được sạc sẽ tăng lên cho đến khi không còn đủ chúng để tạo ra bất kỳ đầu ra nào và pin đã hết. Cắm nó vào bộ sạc đặt lại chu kỳ này.
"Chu kỳ" là một từ quan trọng ở đây. Bởi vì pin được thiết kế để lưu trữ một khoản phí, thật khó để đo tuổi thọ có thể sử dụng của chúng dưới dạng một đơn vị thời gian. Một pin kéo dài hai năm đối với bạn chỉ có thể kéo dài sáu tháng cho người khác vì nó được sử dụng khác nhau. Để chúng ta có thể ước tính thời gian dự kiến chúng sẽ kéo dài, tuổi thọ của pin được đo bằng các chu kỳ sạc. Pin điện thoại thường được thiết kế để kéo dài khoảng 500 đến 600 chu kỳ và một chu kỳ được xác định là sạc pin hoàn toàn chết đến 100% sau đó làm cạn kiệt pin về 0 lần nữa. Sạc pin còn lại 50% sạc pin, sau đó rút lại 50% là một chu kỳ, đó là lý do tại sao bạn sẽ nghe thấy mọi người bảo bạn sạc pin trước khi pin yếu và cũng nghe thấy mọi người nói ngược lại như cách để chơi trò chơi hệ thống và ngăn chặn chu kỳ thứ 500 đó. Tất nhiên, nó không hoạt động theo cách đó vì pin không thực sự đếm số chu kỳ sạc. Năm trăm chỉ là một ước tính.
Nhưng tuổi thọ có thể được đo theo chu kỳ vì những gì xảy ra khi bạn sạc pin và ảnh hưởng của nó đến chu kỳ sạc trong tương lai, lượng năng lượng có thể được lưu trữ và tiềm năng (nghĩ số vôn) của điện tích được lưu trữ.
Oxy hóa và hiệu quả ghét nhau
Bởi vì xe điện là một thứ có thật và pin mà chúng sử dụng rất tốn kém, rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về lý do tại sao pin lithium-ion xuống cấp trong suốt cuộc đời của chúng. Rất may, điều này cũng áp dụng cho pin ít tốn kém (nhưng vẫn đắt!) Bên trong điện thoại của chúng tôi và đó là do những thay đổi hóa học xảy ra trong quá trình sạc pin.
Chúng ta biết rằng sạc pin tích cực sạc các ion lithium mà sau đó là từ tính (điện là từ tính) bị hút vào điện cực âm. Khi càng thu hút nhiều ion tích điện, sự khác biệt về thế giữa điện cực âm và điện cực dương càng tăng. Đó là cách bạn đo điện áp - sự khác biệt của năng lượng tiềm năng giữa hai điện cực. Một khi nó đạt đến một mức đọc cụ thể, pin được coi là sạc đầy. Điều ngược lại là đúng trong khi xả pin và sự khác biệt của điện thế giảm dần cho đến khi nó về 0 vì không còn các ion tích điện dương nào xuất hiện ở điện cực âm. Nhưng điều đó không có nghĩa là điện cực âm sạch và giống hệt như trước khi bạn bắt đầu.
Điện cực oxy hóa. Cùng một cách nước và không khí có thể làm cho sắt bị rỉ sét (đó là nơi mà từ oxy hóa bắt nguồn), muối lithium, than chì và điện phân sẽ làm cho điện cực bị oxy hóa. Khi mọi ion tích điện dương bị tước khỏi cực dương trong pin, một lớp hạt siêu nhỏ bị bỏ lại và được liên kết hóa học với cực dương than chì. Những hạt này được tạo ra từ các nguyên tử lithium oxide (lithium liên kết với oxy) và các nguyên tử lithium carbonate (lithium liên kết với carbon), cả hai đều không có tính chất hóa học hoặc điện như than chì. Lớp này cản trở chu kỳ sạc / xả và cả sự khác biệt của điện thế (điện áp) và số lượng ion tích điện có thể thu hút thay đổi. Cuối cùng, những thay đổi là đủ để thông báo. Nếu bạn tiếp tục sử dụng pin và sạc pin như bình thường, bạn sẽ đạt đến điểm không có đủ năng lượng điện được lưu trữ để cung cấp năng lượng cho điện thoại của bạn.
Sạc pin về cơ bản thay đổi thành phần của các điện cực và ảnh hưởng đến cách sạc trong tương lai.
Các loại thành phần lithium khác nhau, cũng như các loại muối khác nhau được sử dụng trong dung dịch điện phân, có ảnh hưởng đến lượng chất lắng đọng còn lại trên điện cực. Nhưng các vật liệu tạo ra chu trình sạch hơn không nhất thiết phải là tốt nhất vì chúng không thể cung cấp nhiều năng lượng được lưu trữ. Chúng tôi muốn pin dung lượng cao, năng lượng thấp trong điện thoại của mình vì chúng an toàn hơn pin năng lượng cao (và chi phí thấp hơn) và chúng tôi muốn chúng cung cấp năng lượng cho điện thoại của chúng tôi miễn là có thể. Một chiếc xe điện có thể sử dụng pin công suất cao, năng lượng cao bởi vì chúng được bảo vệ bởi một khung vững chắc và không có khả năng bị hỏng. Chúng cần thiết bởi vì một chiếc xe cần có khả năng đi được quãng đường dài giữa các lần sạc. Nhưng chi phí pin thay thế cho Tesla Model S cũng là 12.000 USD. Một phần chi phí đó đến từ các vật liệu đắt tiền được sử dụng để chế tạo pin lithium-niken-coban-nhôm-oxit, trái ngược với pin lithium-coban cơ bản được sử dụng trong điện thoại không kéo dài gần nhiều chu kỳ trước khi chúng xuống cấp.
Vấn đề điện áp
Một trong những yếu tố lớn nhất có thể ảnh hưởng đến việc pin lithium-ion sẽ kéo dài bao nhiêu chu kỳ là điện áp. Điện thoại và ô tô không phải là những thứ duy nhất được thiết kế để chạy bằng pin lithium có thể sạc lại, và năm 2015, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã dành rất nhiều tiền và thời gian để xem chính xác nguyên nhân gây ra sự cố và cách giảm thiểu chúng vì các vệ tinh sử dụng pin dựa trên lithium và bộ sạc năng lượng mặt trời. Các nghiên cứu phát hiện ra rằng sau thành phần của pin, thủ phạm lớn nhất tiếp theo có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin là điện áp sạc và điện áp của điện tích giữ.
Hóa học làm cho pin lithium hoạt động tự nhiên làm suy giảm cực dương, và đó là những gì chúng ta đã nói ở trên. Nhưng nếu bạn sạc pin có công suất lớn hơn 3, 9 volt hoặc lưu trữ điện tích có chênh lệch điện thế cao hơn 3, 9 volt, thì sự suy giảm tương tự cũng xảy ra với cực âm (điện cực dương). Điều này về cơ bản làm giảm tuổi thọ của pin xuống một nửa. Điện áp sạc và điện áp giữ về cơ bản là giống nhau bởi vì bạn rất hào hứng với tất cả các thành phần của pin, nhưng sạc cũng mang lại nhiệt và điện áp sạc càng cao thì càng nóng. Nhiệt được áp dụng khi pin bị kích thích cao hơn 3, 9 volt càng làm suy giảm sự xuống cấp của cực âm.
Không có nhóm bí mật nào của các nhà sản xuất pin đang cố gắng làm xấu chúng tôi; đó là tất cả hóa học.
Nói cách khác, các điện áp cần thiết để cung cấp năng lượng cho một chiếc điện thoại hiện đại và sạc nhanh pin có nghĩa là gần như không thể "sửa chữa" mọi thứ. Bất cứ ai có máy khoan chạy bằng pin đều thấy điều này trong thực tế. Pin 12 hoặc 14 volt được sử dụng trong một công cụ không kéo dài gần nhiều chu kỳ như pin trong điện thoại của chúng tôi. Chúng lưu trữ và hoạt động ở điện áp cao hơn, sạc ở điện áp cao hơn và nóng hơn nhiều, và có thể bị ảnh hưởng đáng kể chỉ sau một vài chu kỳ sạc. Họ sử dụng các loại pin dựa trên lithium cơ bản giống như điện thoại vì sử dụng các loại vật liệu chúng ta thấy trong pin Tesla S sẽ khiến chúng đắt hơn và chúng không có tuổi thọ rất dài. Ơn giời, chúng ta có thể tái chế hầu hết các vật liệu trong đó và chúng ta sẽ không bị chết đuối trong một biển pin Makita và Porter-Cable bị loại bỏ với lithium đắt hơn vàng.
Tin tốt là tất cả các công ty sản xuất pin lithium đang làm việc để làm cho mọi thứ tốt hơn. Bất cứ ai có thể tạo ra pin đầu tiên kéo dài lâu hơn đáng kể sẽ kiếm được rất nhiều tiền từ nó. Tất cả những gì chúng ta có thể làm là sạc điện thoại khi chúng cần được sạc và biết rằng không có âm mưu nào giữa các nhà sản xuất pin để khiến chúng ta mua sản phẩm mới thường xuyên hơn.
Những điện thoại Android này có tuổi thọ pin tốt nhất
