Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Как правильно заряжать аккумулятор?

Ключевые слова:  гаджеты, зарядка, литий-ионные аккумуляторы

Автор(ы): Д. М. Иткис

Опубликовал(а):  Палии Наталия Алексеевна

09 октября 2019

Как делают аккумуляторы? Почему телефоны разряжаются на холоде? Вредит ли аккумуляторам быстрая зарядка? Это не просто обывательские вопросы, а целая область научных исследований. В проекте «Мир вещей. Из чего сделано будущее» совместно с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО), рассказываем о последних открытиях и перспективных достижениях науки о материалах.

В гаджетах, которыми мы пользуемся, установлены литийионные аккумуляторы, которые в своем исходном для пользователя состоянии на самом деле прошли уже несколько циклов заряда-разряда на заводе. Как правило, параметры этих циклов, а именно ток, температура и так далее, — большой секрет всех производителей.

Первые циклы заряда-разряда собранного аккумулятора обычно сопровождаются заметными потерями емкости. В спецификациях аккумулятора производитель сообщает циклический ресурс — количество циклов до потери 80% от первоначальной емкости. Как правило, такая величина выше 500 циклов, а иногда выше 1000 циклов. Это не значит, что аккумулятор нельзя использовать дальше. Более того, сейчас активно развивается направление battery second life — вторая жизнь аккумуляторов. Подразумевается, что аккумуляторы, которые уже не слишком хороши для требовательных к удельной энергии приложений, могут быть использованы в других областях, где требования к удельной энергии не столь строги.

Бывают аккумуляторы, емкость которых снижается равномерно от цикла к циклу. Иногда реализуется другая ситуация: в ходе большого числа циклов емкость остается на почти постоянном уровне, а потом резко падает. Но это, как правило, говорит о том, что происходит некий необратимый процесс, внутри аккумулятора накапливаются побочные продукты, которые в какой-то момент блокируют перенос ионов, не дают им двигаться.

Обычно всех интересует, как правильно заряжать мобильные устройства: разряжать до конца, а потом заряжать или, наоборот, стараться не разряжать полностью? Вопрос стал особенно актуален, когда появились литийионные аккумуляторы, потому что предыдущее поколение систем, скажем никель-металлогидридные аккумуляторы, имело так называемый эффект памяти. Их надо было разрядить до конца, потом полностью зарядить, и в таком случае они жили дольше. Если их разряжать наполовину, они «запоминали» это, и их емкость быстро сокращалась до половины. Хотя этот эффект был известен очень давно, исчерпывающие ответы о физико-химических механизмах данного явления появились только в публикациях 2000-х годов. Примечательно, что были даже предложены алгоритмы оживления таких аккумуляторов путем проведения определенных манипуляций с быстрым разрядом-зарядом.

В литийионных аккумуляторах такого эффекта в принципе нет. Глубокий разряд аккумуляторов может достаточно пагубно сказываться на их работе по той причине, что при полном и неконтролируемом разряде мы практически выравниваем потенциал электродов и, если есть некий дисбаланс количества лития, можем даже осадить металлический литий на положительном электроде. Это приведет к его реакции с электролитом и сформирует пленку нежелательных продуктов, которая очень нужна на отрицательном электроде, но не нужна на положительном. Еще более серьезной проблемой может оказаться перезаряд — нарушение условий заряда, излишний заряд. В данном случае металл может осесть на отрицательном электроде, повредив существующую защитную пленку и приведя к формированию новой. При этом весь металл вступит в реакцию и потеряется для дальнейшей работы аккумулятора. Кроме того, реакции электролита на отрицательном электроде могут привести к образованию горючего газа внутри аккумулятора, из-за чего аккумуляторы иногда «вздуваются».

Это же касается и зарядки очень высокими токами. Несмотря на то что сегодня многие производители рекламируют быструю зарядку, за таким процессом надо очень аккуратно следить. Общий совет — не стремиться зарядить устройство очень быстро. Конечно, производители прикладывают достаточно серьезные усилия в исследованиях того, что происходит с аккумулятором при быстрой зарядке, однако она все еще не всегда положительно сказывается на работе аккумулятора. Можно использовать блоки питания, которые рассчитаны не на полтора ампера, а меньше. Или, например, не использовать блоки питания от планшетов для зарядки телефона.

Кроме того, не нужно ни в коем случае быстро заряжать холодный аккумулятор, потому что и в защитной пленке на отрицательном электроде, и в самом отрицательном электроде при низкой температуре ионы лития движутся медленнее. Если ионы лития не успевают равномерно распределиться по кристаллу графита, являющегося основным материалом для отрицательного электрода, они скапливаются у поверхности, следующие подходящие ионы лития уже не могут внедриться в структуру. Вместо этого начинается процесс электроосаждения. Оседает металлический литий, который может привести к короткому замыканию при плохом раскладе. Но в любом случае его осаждение точно приведет к реакции с электролитом с формированием дополнительной пленки из побочных продуктов и газовыделением.


В статье использованы материалы: Постнаука


Средний балл: 10.0 (голосов 4)

 


Комментарии
seyjin seyjin, 06 ноября 2019 14:54 
Щас мозги лопнут

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Призмы
Призмы

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume15/15-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 4)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.