Pełna bateria to wygoda, ale sposób, w jaki ją ładujemy, może wpływać na jej trwałość. Zespół naukowców z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego oraz Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej zbadał, co dzieje się wewnątrz akumulatora podczas głębokiego ładowania. Wyniki trafiły do czasopisma naukowego Small Structures (DOI 10.1002/sstr.70589) i pomagają zrozumieć, dlaczego ograniczenie ładowania do 80 proc. bywa rozważane jako rozsądny wybór.
Co zbadali warszawscy naukowcy
Przedmiotem badań był materiał oznaczany jako NMC622, zawierający lit, nikiel, mangan i kobalt. Stosuje się go w katodach akumulatorów litowo-jonowych - tej elektrodzie, z której podczas ładowania odpływają jony litu w kierunku anody. Naukowcy przygotowali laboratoryjne ogniwa, zatrzymywali je na wybranych etapach pracy, a następnie analizowali elektrody przy użyciu kilku metod: obserwacji rozproszenia światła, dyfrakcji rentgenowskiej oraz mikroskopów elektronowych.
Obserwacje pokazały, że katoda nie ładuje się równomiernie. Poszczególne fragmenty materiału reagują na zmiany w odmienny sposób: warstwy kryształu przesuwają się, obracają i wyginają. Im głębiej ładowane jest ogniwo, tym więcej litu opuszcza katodę i tym większe naprężenia pojawiają się w jej strukturze. W pewnych warunkach naprężenia te prowadzą do widocznych pęknięć. Szczególnie wyraźne różnice naukowcy odnotowali przy porównaniu wyników po 50 cyklach pracy ogniwa przy różnych górnych potencjałach katody.
Dlaczego bateria traci pojemność z czasem
Wraz z eksploatacją ogniwa mogą tracić zdolność do przechowywania takiej ilości energii jak na początku. Na kondycję akumulatora wpływają zarówno reakcje chemiczne, jak i zmiany mechaniczne zachodzące w jego wnętrzu - w tym liczba cykli ładowania, temperatura, skład chemiczny elektrod oraz sposób sterowania procesem ładowania. Badania wykazały przy tym, że część uszkodzeń struktury katody może pozostawać w materiale nawet po kolejnym rozładowaniu.
Badania warszawskiego zespołu koncentrowały się na zmianach strukturalnych katody i wpływie głębokiego ładowania. Nie wyznaczają one jednego przepisu na maksymalne wydłużenie życia każdego akumulatora. Tłumaczą natomiast, dlaczego wykorzystywanie całej dostępnej pojemności przy każdym ładowaniu nie musi być najlepszą strategią.
Limit 80 proc. - kiedy ma sens
Coraz więcej smartfonów pozwala ustawić górny próg ładowania na 80 proc. lub korzysta z ładowania adaptacyjnego, które uczy się typowych godzin odłączania urządzenia i uzupełnia brakującą energię tuż przed tym momentem. Dzięki temu akumulator spędza mniej czasu w stanie pełnego naładowania.
Naładowanie baterii do 100 proc. nie jest samo w sobie błędem. Przed długą podróżą, intensywnym dniem pracy czy wielogodzinnym korzystaniem z nawigacji pełne naładowanie jest jak najbardziej uzasadnione. Jeśli jednak codzienny wzorzec użytkowania pozwala kończyć dzień z zapasem energii, ograniczenie górnego progu może być rozsądnym kompromisem.
Co to zmienia w kosztach posiadania
Jeśli nawyk codziennego ładowania do 100 proc. przyspiesza degradację ogniwa - na co wskazują wyniki badań opisujące naprężenia i pęknięcia w materiale katody - może to skrócić czas, po którym konieczna będzie płatna wymiana baterii lub zakup nowego urządzenia. W ten sposób sposób ładowania może przekładać się na koszt serwisu i długość użytecznego życia sprzętu.
Przy regularnym stosowaniu limitu ładowania lub ładowania adaptacyjnego można - jeśli wzorzec użytkowania na to pozwala - ograniczyć obciążenie ogniwa w codziennej eksploatacji, a tym samym potencjalnie odsunąć w czasie potrzebę serwisowej wymiany akumulatora.
Sprawdź sam na czympojade.pl - szybka analiza pomoże dopasować sposób użytkowania do Twoich potrzeb.