Из чего сделан аккумулятор, как он работает, и как дольше сохранить его в рабочем состоянии

Удивительная вещь – телефон в вашем кармане - современное чудо! А также ноутбук на столе, планшет в рюкзаке или же часы на запястье. Но независимо от того, на что каждый из них способен, все они имеют один краеугольный компонент. И в благодарность за хорошую работу вашей техники вы просто обязаны знать, как за ней ухаживать. Речь идет об аккумуляторе.
Первое, что нужно сделать – определить тип вашей батареи. И скорее всего первое, что вспоминается (тот самый тип, с которым вы, вероятно, выросли) – это никелево-металло-гидридный аккумулятор или NiMH. Он, как правило, выглядит как обычная одноразовая батарейка и отличается от нее лишь тем, что вы можете подключить NiMH-аккумулятор к зарядному устройству, если вдруг ваш пульт от телевизора «умер».

Батареи для современных гаджетов – айфонов, ноутбуков, планшетов, беспроводных наушников и т.д. – это совсем другой зверь: литий-ионный аккумулятор, или Li-Ion. Он имеет некоторые довольно значительные преимущества по сравнению с NiMH и другими аккумуляторами, используемыми ранее. Литий-ионные батареи отличаются также и от полностью литиевых аккумуляторов, которые не являются перезаряжаемыми.

А что касается старой сказки о том, что вы всегда должны заряжать аккумулятор полностью до предела и использовать весь заряд до последнего процента? Эффект памяти, или эффект «ленивой батареи», применим к NiMH-аккумуляторам, но такие не используют в вашем телефоне. На самом же деле, аккумулятор вашего телефона ненавидит, когда с ним так поступают! Аналогично, литий-ионные батареи не должны быть «откалиброваны» с полным зарядом или полной разрядкой, когда они новые. Li-Ion-акуумуляторы могут вмещать большую мощность при своем компактном размере, и они не теряют слишком большого количества энергии в процессе утечки, когда лежат неиспользуемые. Сочетание этих факторов сделало их наиболее популярными для портативных гаджетов.

Как работает Li-Ion-аккумулятор?

Все батарейки представляют из себя два электрода – катод и анод – со специальным материалом между ними, называемым электролитом. Когда мы подключаем батарею в замкнутую цепь, на аноде начинает происходить химическая реакция, приводящая к образованию свободных электронов. Эти электроны хотят попасть на катод, где их концентрация меньше, но электролит между электродами удерживает их от прямого пути от анода к катоду. Остается только один путь – через цепь, которую замыкает батарейка. Причем электроны, проходя по этой цепи, питают ваше устройство энергией. В это же время, положительно заряженные ионы лития, оставленные убежавшими электронами, путешествуют к катоду через электролит, чтобы удовлетворить электроны на стороне катода.

После того, как все электроны перебежали к катоду – батарейка «умерла». Однако! Если вы используете перезаряжаемую батарею – аккумулятор, например Li-Ion, вы можете обратить процесс вспять. Впуская энергию в цепь с помощью зарядного устройства, вы вынуждаете реакцию протекать в обратном направлении и снова получаете скопление электронов на аноде. Как только ваш аккумулятор перезаряжен, он будет, по большей части, оставаться таким же до тех пор, пока что-то снова не приведет его в действие. Хотя для всех батареек имеет место утечка заряда с течением времени.

Емкость батареи – то, как долго она может питать ваши гаджеты – это количество ионов лития, способных внедриться в крошечные поры и кратеры анода или катода. Со временем, после перезарядок анод и катод деградируют, и количество ионов, которые они способны вместить, уменьшается. Когда это происходит, аккумулятор становится неспособным удерживать столько же заряда, как и раньше.

Как заряжается Li-Ion-аккумулятор?

Для упрощенного понимания, как заряжается аккумулятор, представьте ванную, заполненную «энергией». Просто подключите шланг и ждите, пока она наполнится. На первый взгляд, это именно так и работает, но если посмотреть на процесс изнутри – обнаружатся некоторые нюансы.

Литий-ионный аккумулятор, как правило, заряжается в два этапа. Сначала идет процесс, называемый «постоянный ток зарядки». Это часть на самом деле довольно простая. Зарядное устройство телефона или планшета будет использовать постоянный электрический ток, чтобы вернуть все электроны обратно к аноду. На этом этапе зарядное устройство определяет только, как много мощности выходит из «пожарного шланга» и начинает распыляться. Чем выше значение постоянного тока, тем быстрее заряжается батарея. Высоковольтные быстрые зарядные устройства – такие как те, которые появляются с большим количеством новых телефонов – выигрывают как раз на первой стадии, пропуская ток как можно быстрее за счет небольшой дополнительной нагрузки на батарею.

Когда аккумулятор заряжен на 70 % процедура меняется и зарядка продолжается теперь уже при постоянном напряжении. В течение этого второго этапа, зарядное устройство гарантирует, что напряжение, т.е. разность тока между аккумулятором и зарядным устройством, а не сила тока, поддерживается неизменной. На практике, это означает, что при приближении батареи к своему заполненному состоянию ток посылаемого в нее заряда уменьшается. Когда аккумулятор становится заряженным, скорость зарядки спадает. Как только достигается значение 100%, заряд попросту стекает, однако этого достаточно, чтобы объяснить крошечную естественную потерю способности аккумулятора удерживать заряд со временем. Неужели больше ничего касательно зарядки? И этого достаточно знать, чтобы не беспокоиться об аккумуляторах? Нет! Андрей Голдберг – технический писатель для iFixit объясняет, что к чему.

Воскресший тысячи раз

Не важно, сколько раз вы вернули аккумулятор к жизни, когда-нибудь он все равно "умрет", или, по крайней мере, заметно ухудшится по сравнению с прошлым. Это неизбежно. Большинство литий-ионных батарей имеют номинальное количество "жизней" где-между 500 и 1500 циклами перезарядки.

Цикл – это лишь один раз разрядки; а то, как много энергии вы разрядили на одном дыхании, называют глубиной разряда. Литий-ионные аккумуляторы действительно не любят глубокой разрядки. Согласно материалам от Battery University, ошеломляюще исчерпывающая информация по этому вопросу: литий-ионный аккумулятор, который разряжают до 0% может деградировать до 70% от первоначальной емкости за 300-500 циклов. Такой же, но перезаряжаемый со значения в 25%, начинает проявлять признаки  серьезной деградации лишь после 2500 циклов.

Что гораздо более опасно – так это воздействие тепла. Литий-ионные аккумуляторы не выносят тепла. Так, подвергаясь воздействию температур около 100º по Фаренгейту (~ 37,8º по Цельсию) в течение года теряют около 40% общей емкости заряда; около 75º по Фаренгейту (~23,9º по Цельсию) – теряют только до 20%. А вот «слишком сильно» зарядить аккумулятор невозможно. Вопреки тому, как принято считать, оставляя свой телефон или ноутбук, подключенным к розетке надолго, вы не вредите аккумулятору. А все потому, что ваши гаджеты, аккумуляторы в них и зарядные устройства достаточно умны, чтобы позаботиться об этом. Если устройство подключено, хотя уже заряжено полностью, оно получает, так называемую, капельную зарядку, и этот способ куда менее вреден, чем сильная разрядка Li-Ion-аккумулятора.

Тем временем, настоящая опасность - это абсолютная разрядка аккумулятора. Если Ваш аккумулятор прекратил питать устройство, это еще не означает, что он полностью пуст. Это не так! Литий-ионные батареи разряжаются ПОЧТИ полностью, так как при приблежении к "нулю" разрядка проходит неустойчиво. Если аккумулятор достигает этой опасной зоны, срабатывает защитный механизм, который «убивает» батарею навсегда, разрушая ее функционально, прежде чем та будет представлять угрозу взрыва.

Как позаботиться о Вашем драгоценном Li-Ion-аккумуляторе?

Сейчас, когда вы знаете основы работы маленького "куска металла", питающего ваш телефон, самое время перейти к кратким практическим советам, которые не сведут вас с ума своей сложностью и позволят продлить жизнеспособность аккумулятора.

1. Да, вы можете оставить ваш телефон на зарядке в течение всей ночи.

Это совсем не конец света, если вы не сняли телефон с зарядки секунду спустя после того, как он зарядился. Зарядное устройство намного умнее, чем вы думаете. Оставить свой телефон заряжаться в течение всей ночи (или дня) - это намного лучше для батареи, чем полная зарядка после полной разрядки.

2. Подзаряжайте устройство немного, всякий раз когда это возможно.

Литий-ионные аккумуляторы плохо реагируют на полную зарядку и разрядку. Они гораздо лучше принимают маленькие порции заряда.

3. Да, Вы можете оставлять ваш ноутбук на зарядке все время.

Не бойтесь "слишком сильно" зарядить батарею в ваших гаджетах, в особенности не беспокойтесь о ноутбуке. То, что мы только что сказали о телефонах, применимо и к ноутбукам. Многие ноутбуки (почти все) способны исключить аккумулятор из электрической цепи, как только он зарядится полностью. Тогда батарея терпеливо сидит в ожидании, пока вы ее не используете, и ей не потребуется новая порция энергии.

4. Возможно, стоит удалять баттарею из ноутбука, если он в это время питается от сети.

Самая большая опасность для батареи - это перегрев. Имея это в виду, возможно, будет не лишним удалить аккумулятор из устройства, когда питание осуществляется от сети (если это, конечно, возможно). Андрей Голдберг из iFixit объясняет:

«Если вы используете ноутбук в качестве стационарного компьютера или заставляете его работать так, что он генерирует много тепла, то будет разумным вытащить аккумулятор из ноутбука, если это возможно, чтобы сохранить его от перегрева и деградации. Я видел заметное снижение емкости батареи моего ноутбука в течение последнего года, которое я приписываю активному использованию фотошопа. Загвоздка только в том, что без аккумулятора возникает риск внезапного выключения ноутбука в случае отключения электричества или внезапной поломки зарядного устройства. Так что придется взвесить все "за" и "против", прежде чем вытаскивать батарею наружу.»

Если вы не можете или по каким-то причинам не хотите удалять аккумулятор из ноутбука, то, по крайней мере, убедитесь, что у него хорошая вентиляция. Не заслоняйте вентиляционные отверстия. Может быть, даже стоит подобрать вентилятор с подставкой для лучшего охлаждения.

5. Держите аккумулятор в прохладе.

К разговору о температуре, убедеждайтесь лишний раз, что не оставили свой телефон в нагретом автомобиле на весь день или не разместили его на верхней части активно работающего компьютера. Не используйте телефон в сауне и старайтесь по возможности избегать беспроводной зарядки, так как генерирующие заряд устройства нагреваются и тем самым могут "испечь" батарею. Также опасайтесь быстрых зарядных устройств. До некоторых пор ваш телефон и зарядное устройство могут сводить к минимуму вред, получаемый от высоковольтной зарядки, но большая мощность за очень короткий период времени может создавать дополнительный нагрев. В остальное время старайтесь хранить телефон или его аккумулятор в сухом и прохладном месте.

6. Храните батареи с небольшим количеством заряда.

Если вы желаете оставить аккумулятор на хранение, заполните прежде его примерно до половины. Заряд будет теряться постепенно в течение очень длительного времени, и если вдруг он спадет до истинно нулевого значения, то аккумулятор будет убит системой безопасности, прежде, чем он станет нестабильным и начнет представлять угрозу взрыва.

7. Используйте сменный аккумулятор.

Если вы совсем помешаны на "здоровье" своего устройства, рассмотрите гаджеты со съемными батареями.
Так как, во-первых, нет более быстрого способа зарядить устройство, чем поменять истощенный аккумулятьтор на новый. А во-вторых, если уж не получается избежать факторов ухудшающих свойства батареи, то вы всегда можете начать с чистого листа, сменив аккумулятор.

Устройства, не предусматривающие замену аккумулятора, имеют определенную конечную дату окончания срока эксплуатации. Для некоторых, например, срок представляет 500 циклов перезарядки при ежедневном использовании устройства, то есть пройдет как минимум 2 года, прежде чем вы начнете  видеть заметное снижение времени работы батареи.

8. Не позволяйте аккумулятору управлять вашей жизнью.

Если вы следуете самым простым правилам:
- избегаете работы аккумулятора от полной зарядки до полной разрядки,
- стараетесь свести к минимуму воздействие тепла,
то этого вполне достаточно. Иначе уход за аккумулятором может превратиться в навязчивый ритуал. Помните две вещи:

1) Ваши гаджеты и их зарядные устройства разработаны так, чтобы  не дать вам их погубить. Литий-ионные батареи на сегодняшний день являются самыми лучшими, они "умнее" и устойчивее, чем никель-металл-гидридные аккумуляторы прошлого.

2) Ваша батарея в конце концов умрет. Никакое количество навязчивой заботы не спасет вас от работы с менее продуктивным аккумулятором через некоторое время.

Неизменно, мы все обречены на "конец игры", когда батарея деградировала, и мы либо привязаны к розетке, либо нуждаемся в покупке нового аккумулятора или же нового устройства. Так было, и пока что так и будет. Но если вы следуете простейшим принципам, вы можете продлить временной интервал, когда вы довольны временем активности своих гаджетов.

По материалам журнала "Популярная механика"