Как работает литий-ионный аккумулятор
Что происходит внутри батареи телефона, почему она стареет и как продлить ей жизнь
Внутри литий-ионного аккумулятора два электрода и электролит между ними. При разрядке ионы лития переходят с графитового электрода на другой, а электроны бегут по внешней цепи — через ваш телефон. При зарядке всё идёт обратно. Напряжение одной ячейки — около 3,6–3,7 вольта. Аккумулятор быстрее стареет от жары, от постоянной зарядки до 100% и от глубокой разрядки. За изобретение литий-ионных аккумуляторов в 2019 году дали Нобелевскую премию по химии.
Что внутри
В литий-ионном аккумуляторе два электрода и электролит между ними[1]:
- отрицательный электрод — обычно графит;
- положительный — соединение лития, например оксид лития-кобальта;
- электролит и пористый сепаратор, который не даёт электродам соприкоснуться.
Разрядка и зарядка
- Разрядка. Ионы лития уходят из графита, проходят через электролит и встраиваются в положительный электрод. Одновременно электроны идут тем же путём, но снаружи — через провода и ваш телефон. Этот поток электронов и есть ток, который питает устройство.
- Зарядка. Зарядное устройство «толкает» всё обратно: ионы лития возвращаются в графит.
Напряжение одной ячейки — около 3,6–3,7 вольта (у литий-железо-фосфатных — около 3,2 В).
Почему аккумулятор стареет
Со временем аккумулятор держит заряд всё хуже. Главные причины:
| Что вредит | Почему |
|---|---|
| Жара (выше ~35 °C) и сильный холод (ниже ~5 °C) | ускоряются вредные химические процессы |
| Заряд выше 80% | высокий заряд сильно ускоряет деградацию |
| Перезаряд выше 4,2 В на ячейку | на электроде осаждается металлический литий |
| Глубокая разрядка ниже 2 В | разрушается медный токосъёмник, возможно замыкание |
- Старайтесь держать заряд в диапазоне примерно 60–80% — так ёмкость теряется медленнее всего. Включите в телефоне функцию «оптимизированной зарядки», если она есть.
- Не оставляйте телефон на солнце и в горячей машине, не играйте в тяжёлые игры на зарядке.
- Не разряжайте до нуля: «раскачивать» литий-ионный аккумулятор не нужно, это вредно.
- Заряжайте при температуре от 5 до 45 °C.
Почему аккумуляторы иногда загораются
Если на электроде осаждается металлический литий, он может прорасти иглами-дендритами и проколоть сепаратор. Тогда внутри происходит короткое замыкание, ячейка разогревается, а горючий электролит может вспыхнуть — это называется тепловым разгоном. Поэтому опасны вздувшиеся, повреждённые аккумуляторы и дешёвые зарядки без защиты.
Вздувшийся аккумулятор нельзя заряжать, прокалывать и выбрасывать в обычный мусор. Сдайте его в пункт приёма батареек.
История
- 1974 — Стэнли Уиттингем создал раннюю версию литиевого аккумулятора.
- 1980 — группа Джона Гуденафа предложила электрод из оксида лития-кобальта.
- 1985 — Акира Ёсино разработал электрод на основе углерода.
- 1991 — Sony начала продавать первые серийные литий-ионные аккумуляторы.
- 2019 — Уиттингем, Гуденаф и Ёсино получили Нобелевскую премию по химии. Нобелевский комитет отмечает: у Уиттингема ячейка давала чуть больше двух вольт, оксид кобальта у Гуденафа поднял напряжение до четырёх, а Ёсино заменил опасный металлический литий на углеродный материал, и аккумулятор можно было заряжать сотни раз[2].
Частые вопросы
Вредно ли заряжать телефон до 100%?
Постоянная зарядка до максимума ускоряет старение аккумулятора. Меньше всего ёмкость теряется, если держать заряд примерно в диапазоне 60–80%. Многие телефоны умеют ограничивать зарядку автоматически.
Нужно ли «раскачивать» аккумулятор, полностью разряжая его?
Нет, это совет из времён старых никелевых батарей. Литий-ионному аккумулятору глубокая разрядка вредна.
Можно ли заряжать телефон на морозе?
Лучше не надо. Заряжать литий-ионный аккумулятор рекомендуют при 5–45 °C; при зарядке ниже 0 °C на электроде может осаждаться металлический литий, что портит аккумулятор.
Источники
- Lithium-ion battery, Wikipedia. en.wikipedia.org
- The Nobel Prize in Chemistry 2019. Press release, Шведская королевская академия наук / nobelprize.org. www.nobelprize.org
Обсуждение
Комментариев пока нет — начните обсуждение первым.
Чтобы написать комментарий или ответить, войдите на сайт: