چرا باتری‌های لیتیومی به مرور زمان توان خود را از دست می دهند؟
عملکرد باتری‌های لیتیومی به علم شیمی بر می‌گردد. همان ساختار شیمیایی که باعث بدست آمدن انرژی از فلزات می‌شود، در نهایت توان فلز را به کمترین سطح خود می‌رساند. کاری هم در این رابطه از دستمان ساخته نیست. برای اینکه بدانیم زمان چه بر سر باتری می آورد. ابتدا باید نحوه کار کردن باتری را مورد مطالعه قرار بدیم.
الکتریسیته جادویی نیست. در واقع تا حدی مبحث کسل کننده ای است که در موردش فکر هم نمی کنیم. تنها به هنگام نیاز از آن استفاده می‌کنیم. ولی برای اینکه متوجه بشویم که چرا باتری گوشی بعد از یکی دو سال به مانند قبل شارژ را نگه نمی دارد و به تعداد دفعات شارژ بیشتر نیاز دارد، می بایست به چگونگی عمل کردن باتری پی ببریم. البته جای نگرانی نیست، در این مقاله پی مباحث علمی پیچیده نمی‌رویم.
الکتریسیته به مانند باقی انواع انرژی چیزی نیست که بتوان آن را خلق کرد. هر آن چیزی که به عنوان خلق الکتریسیته می شناسیم در واقع تبدیل یک انرژی دیگر به آن است. باتری از یک عکس العمل شیمیایی برای ساخت یک بار الکتریکی استفاده می کند. مواد مختلفی توان تولید این بار الکتریکی را دارند. امروزه برای ساخت باتری گوشی‌های تلفن همراه از لیتیوم استفاده می شود. زیرا که نسبت به قیمت مناسبش بار الکتریکی بسیار خوب در خود نگه می دارد.
تخمین عمر یک باتری فقط و فقط یک تخمین است و نه بیشتر
در ساختار یک باتری سه کامپوننت اصلی وجود دارد. یک الکترود منفی که به آن، آنود گفته و معمولا از گرافیت ساخته می شود. یک الکترود مثبت به نام کاتود که از لیتیوم و برخی مواد دیگر تشکیل شده است و در نهایت یک الکترولیت. شیمی بین این سه کامپوننت باعث نگه داری بار الکتریکی و استفاده از آن می‌شود.
وقتی از طریق شارژ گوشی برق را به سوی الکترود‌های باتری می‌فرستید. یون‌های لیتیوم، بار مثبت می‌گیرند و به سوی الکترود منفی یا آنود جذب می‌شوند. وقتی که شارژر را از پریز برق می‌کشید، این یون ها بار مثبت خود را رفته رفته از دست می‌دهند و دیگر به سمت آنود کشیده نمی‌شوند. این کم شدن بار الکتریکی تا جایی پیش می رود تا دیگر هیچ یونی به همراه بار مثبت باقی نماند و در اصطلاح باتری تمام یا خالی شود. وقتی بعد از تمام شدن باتری گوشی را دوباره به برق متصل کنید، این چرخه دوباره شروع می‌شود.
در این مبحث، واژه چرخه بسیار مهم است. زیرا که باتری‌ها برای ذخیره کردن انرژی به وجود آمده‌اند و اندازه گیری عمر آنها در واحد زمان کار دشواری است. یک باتری که برای شخصی تا دو یال عملکرد مناسبی دارد، ممکن است برای فرد دیگری تنها تا شش ماه دوام داشته باشد زیرا نحوه استفاده این دو شخص با یکدیگر متفاوت است. بنا براین تنها چیزی که برای اندازه گیری تخمینی در اختیار داریم، از طریق تعداد چرخه های شارژ است. باتری گوشی های تلفن همراه به گونه ای طراحی شده اند تا معمولا ۵۰۰ تا ۶۰۰ چرخه شارژ ، دوام داشته باشند.
مفهوم هر چرخه به طور دقیق از صفر تا صد رسیدن یک باتری و برعکس است. در کلامی دیگر، به هر بار پر و خالی شدن باتری یک چرخه گفته می شود. شارژ کردن یک باتری که ۵۰ درصد شارژ دارد و دوباره خالی کردنش تا ۵۰ درصد، یک چرخه نصفه به حساب می‌آید.
به همین خاطر است که گفته می‌شود که اجازه ندهید که باتری به درصد خیلی کمی برسد که بشود از رسیدن به ۵۰۰ چرخه شارژ فرار کرد. البته باتری به این شکل عمل نمی کند زیراکه چرخه ها شمرده نمی‌شوند و این تنها یک تخمین است. ولی برای اینکه فشار از روی باتری کمتر بشود بهترین مقدار شارژ ۲۰ تا ۸۰ درصد است. ولی در نهایت در نظر داشته باشید که در مورد باتری به خاطر شیمیایی بودن موادش، همه چیز یک تخمین است.
اکسیداسیون مانع عملکرد خوب باتری می‌شود
از آنجایی که خودرو های الکتریکی دیگر به واقعیت پیوسته‌اند و باتری های گرانی دارند، برای دانستن دلایل خراب شدن باتری‌هایشان تحقیقات زیادی صورت گرفته است، خوشبختانه این تحقیقات شامل باتری های ارزان قیمت تر گوشی های ما نیز می‌شود. تمام این تغییرات باتری به مرور زمان با تغییرات شیمیایی آنها به هنگام شارژ کردن به وجود می‌آید.
می دانیم که شارژ کردن باتری یون ها را حامل بار مثبت می کند، که به مانند آهن ربا به سوی الکترود قطب منفی جذب می‌شوند. هرچه بیشتر یون های مثبت به سوی الکترود منفی کشیده شوند، تفاوت بین انرژی پتانسیل بین قطب منفی و مثبت افزایش پیدا می‌کند. ولتاژ به این صورت اندازه گیری می‌شود، تفاوت انرژی پتانسیل بین دو الکترود مثبت و منفی.
افزایش تفاوت انرژی پتانسیل به یک حد مشخص که برسد، باتری پر شده در نظر گرفته می‌شود. خلاف این هم حقیقت دارد. اگر تفاوت انرژی پتانسیل بین این دو قطب کاهش پیدا کند باتری خالی می‌شود.
اگر باتری به صفر درصد برسد به این مفهوم است که، اختلال ایجاد می‌کنند. این روند در مرور زمان عمر و عملکرد باتری را کاهش می‌دهد. تلاش های زیادی برای تغیر متریال باتری صورت گرفته تا از اکسیده شدنش جلو گیری کند. مشکل اینجاست که هیچ کدام از آن موادهای دیگر، توانایی ذخیره باتری را به این خوبی ندارند.
ولتاژ از اهمیت بالایی برخوردار است
یکی دیگر از فاکتورهای مهم دوام در باتری های لیتیومی ولتاژ ورودی به هنگام شارژ است. ذات باتری‌های لیتیومی به خاطر فعل و انفعالات شیمیایی موجود در باتری، به گونه ای است که به طور طبیعی به مرور زمان خاصیت خود را از دست می‌دهد. ولی عواملی وجود دارد که عمر باتری را به صورت غیر طبیعی از حالت معمول کوتاه تر می‌کند و آن استفاده از شارژرهایی با ولتاژ بالای ۵ ولت است.
به همین علت است که از دارندگان گوشی های هوشمند خواسته می‌شود که از شارژر استاندارد خود گوشی استفاده کنند. باتری هایی که برای شارژ به ولتاژ بیشتری نیاز دارند عمر کمتری خواهند داشت. هر کس که با دریل شارژی کار کرده باشد می تواند این موضوع را تایید کند.
خبر خوب این است که هر روز شاهد بهتر شدن تکنولوژی باتری‌های تلفن همراه هستیم و شکی نیست که در آینده نزدیک چرخه عمر این باتری ها بیشتر از قبل خواهد شد.
