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

 

Фуллереновые нанобублики
Фуллереновые нанобублики

В Стокгольме прошла церемония вручения Нобелевских премий
10 декабря в Стокгольмской филармонии прошла церемония вручения Нобелевских премий

Cолнечную батарею из белка и квантовых точек создали в России
Ученые НИЯУ МИФИ создали "солнечную батарею" на основе гибридного материала, состоящего из квантовых точек и светочувствительных белков. Авторы разработки считают, что она имеет большой потенциал для солнечной энергетики и оптической обработки информации. Результаты исследования опубликованы в "Biosensors and Bioelectronics".

Крабовый панцирь побеждает грязную нефть
Химики МГУ разработали уникальную люминесцентную методику определения маркеров «грязной нефти» (дибензотиофенов) с использованием селективной сорбции в оптически прозрачных материалах на основе сшитых гелей хитозана.

Юрий Добровольский: «Через 50 лет вся энергия будет вырабатываться биоорганизмами»
Андрей Бабицкий, Юрий Добровольский
Главный редактор ПостНауки Андрей Бабицкий побеседовал с химиком Юрием Добровольским о науке о материалах, будущем энергетики и новых аккумуляторах

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

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.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
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.