So odkrili, kako hitro polnjenje škoduje baterijam?

Od hitrega polnjenja si obetamo več kot od baterij z višjo energijsko gostoto na kilogram teže. Ne bi bila več presodnega pomena avtonomija telefona ali doseg baterijsko gnanega vozila, če bi bateriji napolnili, ko si umijete zobe, ali v drugem primeru, ko v miru spijete kavo.

Hitro polnjenje velja za tehnološki sveti gral in čeprav pravijo, da ne škoduje dolgotrajnosti baterij, zadnja znanstvena dognanja kažejo, da morda to ni res. Toda najprej si poglejmo, zakaj izdelovalci telefonov trdijo, da hitrost ni problematična. Med polnjenjem se baterija greje in kadar jo polnimo z višjimi tokovi, se greje bolj. Da je toplota ne bi kvarila, jo napajalnik naprej polni hitreje in nato hitrost postopoma zmanjšuje. S tem ohranja enako temperaturo skozi celotni cikel. Podobno velja tudi za baterije v avtomobilih.

Za baterijo bi bilo najbolje, da bi bila ves čas 50-odstotno napolnjena. Ker ni praktično, jo prenehajmo polniti pri 80-odstotni in ne dopustimo, da bi napolnjenost padla pod 20 odstotkov.

V bateriji potekajo zapleteni kemijski procesi, zato na življenjsko dobo vpliva še kaj drugega kot zgolj temperatura. Znano je, da litij-ionska baterija začne izgubljati kapaciteto v trenutku, ko jo izdelajo. Temu ne moremo ubežati. Znanstveniki univerze v Oslu so dognali, da se litijevi ioni lahko zataknejo, se spremenijo v kovinski litij, če so siljeni v prehitro gibanje. Trdijo, da baterija hitreje izgublja kapaciteto, če je podvržena hitremu polnjenju.

Kako deluje baterija? Ne eni strani pozitivna elektroda (anoda), na drugi negativna katoda. Obe hranita elektrone in ione. Med njima je ločevalnik in tekoči elektrolit, ki pomaga ionom priti z ene strani na drugo. Elektroni in ioni se namreč premikajo v eni smeri, ko baterija napaja napravo, in v obratni, ko jo polnimo. Strokovnjaki temu pravijo mehanizem gugalnice. Nova baterija vsebuje določeno količino ionov, kar opredeljuje njeno kapaciteto oziroma količino energije, ki jo lahko shrani. Če pa se ioni spremenijo v kovino, potem se ne morejo več premikati, saj postanejo nevtralni. Niso več v funkciji, kar zmanjša številčnost ionov in kapaciteto baterije.

Da se ioni spreminjajo v kovinski litij, vedo že dolgo. Je glavni razlog staranja baterije. Vsaka ima število polnjenj in praznjenj in pride čas, ko shrani premalo energije, da bi bila uporabna. V njej se vedno premika enako število ionov, le da se med hitrim polnjenjem premikajo hitreje. Praktično to pomeni, da morajo hitreje najti mesto v anodi. Kadar baterijo polnimo z dvakratno hitrostjo, imajo ioni polovico manj časa. Polnimo še hitreje in težava bo ustrezno večja. Povzročajo jo namreč kemične omejitve prehajanja ionov v trdi material anode.

Ione med polnjenjem sprejema anoda iz tankih plasti ogljika. Več milijonov plasti. Zamislite si, da je prazna kot sveženj kart in bi želeli v reže med njimi vstaviti drobne kroglice. Njihova porazdelitev mora biti urejena, ena zraven druge po celi površini karte in tako povsod v milijonih rež med njimi, da je kapaciteta baterija čim večja. Proti anodi se med polnjenjem giblje ogromno ionov. Če prvi ne prodrejo globlje v grafitne plasti, zaustavijo tiste za sabo. Kadar baterijo polnite zelo hitro, se litij ne more pravočasno razširiti po celi grafitni elektrodi. Zataknejo se v prostoru, kjer sta anoda in katoda ločeni. V teh ozkih grlih pride do spremembe ionov v nevtralne atome in združevanje v drobnih kovinskih grudicah.

Tehnično je mogoče izdelati baterije zelo velike kapacitete, ki bi omogočile vozilu doseg 1000 km, toda po nekaj ciklih polnjenja in praznjenja bi izgubili polovico kapacitete.

Ekipi je uspelo opazovati omenjeni proces. Med polnjenjem z različnimi hitrostmi so vsakih 25 milisekund »pogledali« v baterijo z rentgenskimi žarki. Pri tem so opazili, da se med hitrejšim polnjenjem zatakne več ionov, kjer se, ker ne morejo nikamor, zaradi presežne energije spremenijo v kovinski litij. Opazili so, da so plasti anode bližje drugi elektrodi bogate z ioni, medtem ko globlje v grafitnih plasteh teh ni bilo. S tem hitrega polnjenja sicer ni konec, odpirajo se namreč nove možnosti, novi material, ki bi znali omenjeno težavo rešiti. Grafen in nanocevke. A za vsak primer in kadar ni nujno, polnite svoje baterije z običajno hitrostjo.

Naslovna fotografija: DepositPhotos

• 
  Zanimive ugotovitve iz navad uporabnikov Dacie Spring
• 
  ROG Strix SCAR 18: Huda »zverina« za peščico najbolj zahtevnih (#video)
• 
  Storite to, da vam bo telefon še dolgo zvesto služil
• 
  Znebite se že končno zalog dvomilijonskih makro kamer!
• 
  Vrhunska tehnologija, ki skrbi za vaš dom kot nobena druga