Οι μπαταρίες λιθίου φαίνεται να εμφανίζουν μια άγνωστη μέχρι τώρα μορφή υποβάθμισης, όταν η φόρτισή τους πέφτει σε πολύ χαμηλά επίπεδα, κάτι που σημαίνει πως πρέπει να τους δίνουμε λίγο ρεύμα, πριν εξαντληθούν εντελώς.
Οι νεότεροι μπορεί να δυσκολευτούν να το πιστέψουν όμως υπήρχε ένας καιρός, πριν τις μπαταρίες λιθίου, που οι περισσότερες ηλεκτρονικές συσκευές δεν διέθεταν επαναφορτιζόμενες μπαταρίες. Προσωπικά έχω χαλάσει καφάσια μπαταριών για να παίζω με το GameBoy στα νιάτα μου. Τότε, οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος, ήταν η πιο κοινή τεχνολογία όταν οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ήταν απαραίτητες, όπως στα αυτοκίνητα.
Ένας από τους βασικούς λόγους που οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος ήταν κατώτερες, ήταν η μακροπρόθεσμη ζημιά που πάθαιναν, όταν άδειζαν εντελώς και έμεναν έτσι για καιρό. Όπως και με τις μπαταρίες αυτοκινήτων του σήμερα, αν τις αφήσουμε για μήνες χωρίς ρεύμα, μετά απλά χρειάζεται αλλαγή.
Μετά ήρθαν οι μπαταρίες λιθίου, που όχι μόνο έφερναν μεγαλύτερη χωρητικότητα στο ίδιο βάρος, αλλά ήρθαν και με την υπόσχεση πως δεν θα πρέπει να ανησυχούμε για την υπερβολική αποφόρτιση.
Όμως τώρα, πολλά χρόνια αργότερα, έρχεται μια νέα μελέτη που αποκαλύπτει πως οι ισχυρισμοί για την χαμηλή φόρτιση δεν είναι αληθινοί, τουλάχιστον για τις μπαταρίες λιθίου με καθόδους νικελίου-μπαγγανίου-κοβαλτίου (NMC). Μιλάμε για τις μισές μπαταρίες που έχουμε στα ηλεκτρικά οχήματα, οι οποίες χρησιμοποιούνται και σε smartphones, tablets και laptops, αλλά και σε όποια άλλη ηλεκτρονική συσκευή με επαναφορτιζόμενες μπαταρίες που έχουμε.
Ο καθηγητής Jihyun Hong του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας του Pohang ηγήθηκε μιας ομάδας που μελέτησε τι συμβαίνει με τις καθόδους NMC όταν οι μπαταρίες είναι εξαντλημένες. Εντόπισαν ένα φαινόμενο που είχε αγνοηθεί προηγουμένως και το ονομάζουν «οιονεί αντίδραση μετατροπής» στην επιφάνεια της καθόδου.
Η διαδικασία περιλαμβάνει το οξυγόνο που διαφεύγει από την επιφάνεια της καθόδου και συνδυάζεται με λίθιο για να σχηματίσει οξείδιο του λιθίου (Li 2 O). Το Li 2 O αντιδρά με ηλεκτρολύτες που βασίζονται σε ανθρακικά άλατα για να παράγει αέρια όπως μονοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο και υδρογόνο που βλάπτουν την μπαταρία.
Το αποτέλεσμα παρατηρήθηκε σε μια σειρά καθόδων NMC, όμως ήταν αρκετά πιο έντονο όταν οι συγκεντρώσεις νικελίου ήταν υψηλότερες. Το πρόβλημα είναι πως οι περισσότεροι κατασκευαστές μπαταριών έχουν αντικαταστήσει το κοβάλτιο με νικέλιο, λόγω του υψηλότερου κόστους και των ανησυχιών για το περιβάλλον, όπως επίσης και των ανρθώπινων δικαιωμάτων στην μεγαλύτερη πηγή κοβαλτίου στον κόσμο.
Σύμφωνα με την ομάδα πίσω από την μελέτη, το πρόβλημα είναι τρομερά μεγάλο σε μπαταρίες υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο, που εξαντούνται σε τακτά χρονικά διαστήματα από τη φόρτιση, αλλά αρκετά μέτριο όταν οι ίδιες μπαταρίες παρακολουθούνταν για να αποφευχθεί η υπερβολική αποφόρτιση.
Μια μπαταρία νικελίου 90 τοις εκατό (πολύ πάνω από τον κανόνα της αγοράς) που είχε εκφορτιστεί πλήρως και επανειλημμένα, διατήρησε μόλις το 3,8 τοις εκατό της χωρητικότητάς της μετά από 250 κύκλους, καθιστώντας την ουσιαστικά άχρηστη. Την ίδια στιγμή, μια μπαταρία ελέγχου που δεν την επέτρεπαν να αποφορτιστεί πλήρως, διατήρησε τα τρία τέταρτα της χωρητικότητάς της μετά από 300 κύκλους φόρτισης.
«Ο αντίκτυπος της εκφόρτισης, η πραγματική διαδικασία χρήσης μιας μπαταρίας, έχει παραβλεφθεί σε μεγάλο βαθμό μέχρι τώρα», δήλωσε ο Χονγκ σε μια δήλωση. «Αυτή η έρευνα παρουσιάζει μια σημαντική κατεύθυνση για την ανάπτυξη μπαταριών μεγαλύτερης διάρκειας».
Είναι γνωστό πως οι μπαταρίες των smartphones δεν διατηρούν την χωρητικότητά τους για πάντα. Όσο περνάει ο καιρός φθείρονται και χάνουν την απόδοση που είχαν όταν τις ανοίξαμε για πρώτη φορά. Αυτό οφείλεται στην υποβάθμιση της μπαταρίας, Βέβαια, η απώλεια ενέργειας και χωρητικότητας είναι αναπόφευκτη, καθώς ο εντροπία δε κάνει διακρίσεις. Όμως, ακόμα και η υπερφόρτιση των μπαταριών τις βλάπτει.
Για αυτό, οι περισσότεροι κατασκευαστές προτείνουν να μη φορτίζουμε κατά τη διάρκεια της νύχτας, αν και αυτό μας κάνει τη ζωή λίγο πιο δύσκολη. Την ίδια στιγμή αυτό είναι αδύνατο, αν η συσκευή μας δεν έχει πραγματικά γρήγορη φόρτιση, ώστε να την φορτίσουμε πλήρως το πρωί, πριν φύγουμε για τη δουλειά. Μια άλλη λύση είναι φόρτιση μέχρι το 70% πριν κοιμηθούμε και το υπόλοιπο να το συμπληρώσουμε το πρωί πριν φύγουμε.
Οι κατασκευαστές προτείνουν επίσης να μην αφήνουμε την μπαταρία να πέφτει κάτω από το 20-30%, καθώς αυτό μπορεί να βλάψει το χρόνο ζωής της μπαταρίας. Στα ηλεκτρικά οχήματα από την άλλη, οι εταιρίες έχουν δώσει περισσότερη βάση στην αποφυγή της υπερφόρτισης και όχι τόσο στην βαθιά αποφόρτιση.
Οι μπαταρίες που έχουν μικρότερη συγκέντρωση νικελίου στις καθόδους τους, φαίνεται να μην επηρεάζονται τόσο δραματικά από το πρόβλημα, ενώ η μελέτη δεν έπιασε καν τις μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου-λιθίου (LFP), που κυριαρχούν στα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας για σπίτια και επιχειρήσεις, ενώ αρχίζουν να καταλαμβάνουν την αυτοκινητοβιομηχανία στα ηλεκτρικά οχήματα.
Όλα τα παραπάνω είναι και οι λόγοι που θέλουμε τηλέφωνα με μεγαλύτερες μπαταρίες, με καθόδους άνθρακα-πυριτίου και με ταχεία φόρτιση, ώστε να μπορούμε να τις φορτίζουμε το πρωί πριν φύγουμε για τις δουλειές μας.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε και είναι ανοιχτή για όλους στο Advanced Energy Materials.
Πηγή: techmaniacs.gr
