Daftar Isi:
Saya yakin Anda telah memperhatikan bahwa Anda melihat perbedaan mencolok dalam seberapa baik baterai telepon mengisi daya setelah sekitar satu tahun. Jika Anda menyimpan telepon cukup lama, baterainya mungkin tidak memiliki cukup daya untuk bertahan hidup sepanjang hari. Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa?
Baterai: Bagaimana cara kerjanya?
Listrik tidak ajaib. Sebenarnya, itu adalah subjek yang sangat membosankan bagi sebagian besar dari kita dan kita hanya ingin itu ada di sana ketika kita perlu menggunakannya. Tetapi untuk memahami mengapa telepon Anda perlu diisi lebih banyak sekarang daripada saat Anda pertama kali mendapatkannya, Anda perlu tahu sedikit tentang cara kerja baterai. Jangan khawatir, kita akan tetap dengan dasar-dasarnya di sini.
Listrik, seperti energi apa pun, bukanlah sesuatu yang dapat Anda ciptakan. Semua hal yang kita anggap sebagai "membuat" listrik benar-benar hanya mengubah satu bentuk energi menjadi bentuk lainnya, dan baterai menggunakan reaksi kimia (energi) untuk membangun muatan listrik yang dapat diukur dari waktu ke waktu. Bahan yang berbeda dapat digunakan untuk membangun muatan ini dan mereka akan menghasilkan hasil yang berbeda. Di ponsel kami, kami menggunakan baterai berbasis lithium karena mereka memberikan tingkat output yang layak dengan biaya yang masuk akal.
Perkiraan usia baterai ponsel hanya itu - perkiraan.
Di dalam baterai ponsel, Anda akan menemukan tiga komponen yang penting untuk apa yang kita bicarakan: elektroda negatif (disebut anoda dan biasanya terbuat dari grafit), elektroda positif (disebut katoda dan terbuat dari campuran lithium dan logam lainnya), dan larutan elektrolit. Kimia antara ketiga hal ini sederhana pada dasarnya dan itulah sebabnya mereka dapat digunakan untuk menyimpan energi. Ketika Anda menerapkan muatan ke elektroda (dari pengisi daya Anda) ion lithium bermuatan positif dan tertarik ke elektroda negatif. Ketika Anda menarik muatan dari baterai, ion lithium ini kehilangan muatan positifnya dan tidak lagi tertarik pada elektroda negatif. Semakin lama Anda menarik energi yang tersimpan dari baterai yang terisi, jumlah ion lithium yang tidak lagi terisi daya meningkat hingga tidak cukup dari mereka yang tersisa untuk menghasilkan output dan baterai mati. Memasukkannya ke pengisi daya akan mengatur ulang siklus ini.
"Siklus" adalah kata yang penting di sini. Karena baterai dirancang untuk menyimpan muatan, sulit untuk mengukur masa pakai yang dapat digunakan sebagai satuan waktu. Baterai yang tahan dua tahun untuk Anda mungkin hanya bertahan enam bulan untuk orang lain karena digunakan berbeda. Agar kita dapat memiliki perkiraan berapa lama mereka akan bertahan, daya tahan baterai diukur dengan mengisi siklus. Baterai ponsel biasanya dirancang untuk bertahan sekitar 500 hingga 600 siklus, dan sebuah siklus didefinisikan sebagai mengisi baterai yang benar-benar mati hingga 100% kemudian mengurasnya menjadi nol lagi. Mengisi baterai dengan sisa daya 50%, kemudian mengurasnya kembali menjadi 50% adalah siklus parsial, itulah sebabnya Anda akan mendengar orang-orang memberi tahu Anda untuk mengisi daya baterai Anda sebelum habis dan juga mendengar orang mengatakan sebaliknya. sebagai cara untuk permainan sistem dan mencegah siklus ke-500. Tentu saja, itu tidak berfungsi seperti itu karena baterai tidak benar-benar menghitung jumlah siklus pengisian daya. Lima ratus hanyalah perkiraan.
Tetapi umur panjang dapat diukur dalam siklus karena apa yang terjadi ketika Anda mengisi baterai dan bagaimana hal itu mempengaruhi siklus pengisian di masa depan, jumlah energi yang dapat disimpan dan potensi (pikirkan jumlah volt) dari muatan yang disimpan.
Oksidasi dan efisiensi saling membenci
Karena kendaraan listrik adalah hal yang nyata dan baterai yang mereka gunakan sangat mahal, banyak penelitian telah dilakukan tentang mengapa baterai lithium-ion menurun selama masa hidup mereka. Untungnya, ini juga berlaku untuk baterai yang lebih murah (tapi masih mahal!) Di dalam ponsel kita, dan itu karena perubahan kimia yang terjadi selama pengisian baterai.
Kita tahu bahwa pengisian baterai secara positif mengisi ion lithium yang kemudian secara magnetis (listrik adalah magnet) tertarik ke elektroda negatif. Semakin banyak ion bermuatan yang tertarik, perbedaan potensial antara elektroda negatif dan elektroda positif meningkat. Begitulah cara Anda mengukur tegangan - perbedaan energi potensial antara dua elektroda. Setelah mencapai pembacaan tertentu, baterai dianggap terisi penuh. Kebalikannya adalah benar ketika pemakaian baterai dan perbedaan potensial berkurang hingga mencapai nol karena tidak ada ion bermuatan lebih positif hadir di elektroda negatif. Tetapi itu tidak berarti elektroda negatif itu bersih dan persis sama dengan sebelum Anda mulai.
Elektroda teroksidasi. Air dan udara dengan cara yang sama dapat menyebabkan besi berkarat (dari sinilah asal kata oksidasi), litium, grafit, dan garam elektrolit akan menyebabkan elektroda teroksidasi. Ketika setiap ion bermuatan positif dilepaskan dari anoda dalam baterai, lapisan partikel mikroskopis tertinggal dan secara kimia terikat dengan anoda grafit. Partikel-partikel ini terbuat dari atom lithium oksida (lithium terikat dengan oksigen) dan atom lithium karbonat (lithium terikat dengan karbon), yang keduanya tidak memiliki sifat kimia atau listrik yang sama dengan grafit. Lapisan ini mengganggu siklus pengisian / pengosongan dan baik perbedaan potensial (tegangan) maupun jumlah ion yang terisi yang dapat ditarik perubahan. Akhirnya, perubahan sudah cukup untuk diperhatikan. Jika Anda terus menggunakan baterai dan mengisi dayanya seperti biasa, Anda mencapai titik di mana tidak ada cukup energi listrik yang disimpan untuk memberi daya pada telepon Anda.
Mengisi baterai pada dasarnya mengubah komposisi elektroda dan memengaruhi cara pengisian dayanya di masa mendatang.
Berbagai jenis komposisi litium, serta garam yang berbeda yang digunakan dalam larutan elektrolit, memiliki efek pada berapa banyak endapan yang tertinggal di elektroda. Tetapi bahan-bahan yang menghasilkan siklus yang lebih bersih belum tentu yang terbaik karena mereka tidak dapat menghasilkan daya yang disimpan sebanyak mungkin. Kami ingin baterai berkapasitas tinggi dan berdaya rendah di ponsel kami karena lebih aman daripada baterai berdaya tinggi (dan lebih murah) dan kami ingin mereka memberikan daya ke telepon kami selama mungkin. Kendaraan listrik dapat menggunakan baterai berkapasitas tinggi dan berdaya tinggi karena dilindungi oleh kerangka yang kokoh dan tidak akan rusak. Mereka diperlukan karena mobil harus dapat menempuh jarak yang jauh antara pengisian daya. Tetapi biaya baterai pengganti untuk Tesla Model S adalah $ 12.000 juga. Sebagian dari biaya itu berasal dari bahan-bahan mahal yang digunakan untuk membangun baterai lithium-nikel-kobalt-aluminium-oksida yang bertentangan dengan baterai lithium-kobalt dasar yang digunakan dalam telepon yang tidak bertahan hampir sebanyak siklus sebelum terdegradasi.
Masalah tegangan
Salah satu faktor terbesar yang dapat mempengaruhi berapa siklus baterai lithium-ion akan bertahan adalah tegangannya. Ponsel dan mobil bukan satu-satunya hal yang dirancang untuk berjalan dengan baterai lithium yang dapat diisi ulang, dan pada 2015 Departemen Energi AS menghabiskan banyak uang dan waktu untuk melihat apa yang menyebabkan masalah dan cara menguranginya karena satelit menggunakan baterai berbasis lithium dan pengisi daya matahari. Studi menemukan bahwa setelah komposisi baterai itu sendiri, penyebab terbesar berikutnya yang dapat mempengaruhi umur panjang baterai adalah tegangan pengisian dan tegangan dari muatan yang ditahan.
Kimia yang membuat baterai lithium bekerja secara alami menurunkan anoda, dan itulah yang kita bicarakan di atas. Tetapi jika Anda mengisi baterai dengan lebih dari 3, 9 volt, atau menyimpan muatan dengan selisih potensial lebih tinggi dari 3, 9 volt, degradasi yang sama terjadi pada katoda (elektroda positif). Ini pada dasarnya memotong umur panjang baterai menjadi dua. Tegangan pengisian dan tegangan tertahan pada dasarnya adalah hal yang sama karena Anda menarik semua komponen baterai, tetapi pengisian juga menimbulkan panas, dan semakin tinggi tegangan pengisian, semakin panas akan menjadi. Panas diterapkan ketika baterai bersemangat lebih tinggi dari 3, 9 volt semakin memperburuk degradasi katoda.
Tidak ada komplotan rahasia pembuat baterai yang mencoba menipu kita; itu semua kimia.
Dengan kata lain, tegangan yang diperlukan untuk memberi daya pada telepon modern dan mengisi baterai dengan cepat berarti hampir tidak mungkin untuk "memperbaiki" berbagai hal. Siapa pun dengan bor bertenaga baterai telah melihat ini dalam aksi. Baterai 12 atau 14 volt yang digunakan dalam suatu alat tidak bertahan hampir sebanyak siklus yang ada di telepon kami. Mereka menyimpan dan beroperasi pada tegangan yang lebih tinggi, mengisi daya pada tegangan yang lebih tinggi dan jauh lebih panas, dan dapat sangat terpengaruh setelah hanya beberapa siklus pengisian daya. Mereka menggunakan baterai berbasis lithium dasar yang sama dengan telepon karena menggunakan jenis bahan yang kita lihat dalam baterai Tesla S akan membuatnya lebih mahal, dan mereka tidak memiliki masa pakai yang sangat lama. Syukurlah kita bisa mendaur ulang sebagian besar bahan di dalamnya dan kita tidak tenggelam di lautan baterai Makita dan Porter-Cable yang dibuang dengan lithium lebih mahal daripada emas.
Berita baiknya adalah bahwa semua perusahaan yang membuat baterai lithium bekerja untuk memperbaiki keadaan. Siapa pun yang dapat menggunakan baterai pertama yang bertahan lama secara signifikan akan menghasilkan banyak uang darinya. Yang bisa kita lakukan adalah mengisi baterai ponsel kita ketika harus diisi, dan tahu bahwa tidak ada konspirasi antara produsen baterai untuk membuat kita lebih sering membeli produk baru.
Ponsel Android ini memiliki daya tahan baterai terbaik
