Как работает технология быстрой зарядки в смартфонах
Емкость аккумуляторов современных смартфонов постоянно растет, но и энергопотребление тоже увеличивается. Увеличение объема батареи положительно сказывается на автономности, но приводит к увеличению времени зарядки и производители активно внедряют поддержку ускорения этой функции.
Быстрая зарядка в смартфоне – это технология, которая работает по принципу увеличения силы тока, который подается на батарею от блока питания. Изначально блоки питания для зарядки мобильных устройств выдавали напряжение 5 В с силой 500-1000 мА. Но при таких параметрах теоретически за час можно восполнить на более 1000 мАч емкости аккумулятора смартфона. На практике это значение еще меньше, так как чем больше заряжена батарея – тем сильнее приходится уменьшать силу тока.
Принцип работы быстрой зарядки в смартфоне
Самым первым способом ускорить процесс зарядки стало повышение силы тока. Ранние технологии позволили выдавать силу тока до 2 ампер, при напряжении 5 вольт, что давало мощность в 10 ватт. Однако дальше двигаться таким путем оказалось сложно: для больших токов требуются толстые провода, так как от этого зависит сопротивление жил. С некачественным кабелем даже 2 А получить нелегко, так как возникнут просадки.
Использовать кабель с большим сечением жил проблематично, поэтому производители решили пойти путем увеличения напряжения, при сохранении прежней силы тока. Однако литиевые аккумуляторы требуют для заряда напряжения в узком диапазоне, подать «чистые» 12 В на контакты нельзя. Чтобы решить проблему, были разработаны специальные контроллеры заряда, которые встраиваются в чипсет или на материнскую плату. Они принимают напряжение выше 5 вольт, преобразуя его в оптимальное для аккумуляторных ячеек.
Виды быстрой зарядки для смартфонов
Для того, чтобы повысить скорость зарядки, производители комплектующих для смартфонов разрабатывают новые технологии быстрой зарядки. Компания Qualcomm предлагает QuickCharge, у MediaTek имеется конкурирующая PumpExpress, а у OPPO – аналог под названием VOOC. Samsung предлагает пользователям Fast Adaptive Charging. В смартфонах Asus имеется поддержка Asus BootMaster, в Motorola – TurboPower, а в Huawei – SmartPower.
Актуальные поколения QuickCharge и PumpExpress способны использовать разные напряжения, блоки питания могут выдавать от 5 до 12 В. Зарядное устройство взаимодействует с контроллером заряда, от которого получает «подсказки», какой ток и напряжение следует выдать в данный момент. Может использоваться как ступенчатое регулирование (5, 9, 12 В и т.д.), так и плавное (от 3,2 до 20 В, с шагом 200 мВ, применяется в QuickCharge 3.0).
Так как за беспроводную зарядку отвечает чипсет, то именно от него зависит тип используемой технологии. Самостоятельными можно считать методы Qualcomm, Samsung, Mediatek, Huawei, то есть, компаний, производящих чипсеты. Особняком стоит VOOC от Oppo. Она реализована за счет использования многоячеечных аккумуляторов, способных заряжаться параллельно. За счет этого «залить» 2500 мАч можно всего за 15 минут.
Другие технологии быстрой зарядки – это, как правило, вариации на базе QuickCharge, названные другим именем. А в целом – все они используют один принцип: сначала блок питания постепенно увеличивает ток и напряжение, подбирая максимально возможные параметры, потом на максимальной мощности происходит зарядка до 50-70 % емкости, а дальше – идет плавное снижение силы тока и напряжения.
Вредна ли беспроводная зарядка в смартфонах?
Литиевые (литий-ионные и литий-полимерные) аккумуляторы смартфонов чувствительны к силе заряда. Использование некачественного ЗУ, зарядка и разрядка с чрезмерно большими токами могут сокращать их ресурс, поэтому имеют место утверждения о вредности быстрой зарядки.
На самом деле, контроллер питания – достаточно сложно устройство, которое способно подбирать оптимальный режим пополнения емкости. Пока плотность заряда в ячейке аккумулоятора невысокая – он подбирает максимально возможную мощность зарядки. С повышением плотности химические процессы в аккумуляторе ускоряются, усиливается нагрев (а вредит именно он). Контроллер фиксирует это и уменьшает мощность питания, чтобы предотвратить нагрев. Как итог, температурный режим поддерживается в норме, негативное воздействие на аккумулятор сводится к минимуму.
В интернете часто всплывают новости о взрывах смартфонов, а страшилки про то, что это происходит из-за быстрой зарядки, очень распространены. В теории такое действительно возможно, однако часто проблема – не в технологии быстрой зарядки, а в неисправном оборудовании. Использование некачественных блоков питания и кабелей, пользование смартфонов с поврежденным аккумулятором, деформированным корпусом и т.д. – вот главные причины взрывов и возгораний.
Чтобы избежать пожара, взрыва или просто вздутия аккумулятора – достаточно соблюдать несколько простых правил. Нельзя накрывать заражающийся смартфон подушкой или другим предметом, оставлять его заряжаться на нагретом летним солнцем подоконнике или панели автомобиля. Также не рекомендуется использовать кабели и блоки питания сомнительного происхождения.
Как правильно заряжать ваш смартфон, чтобы аккумулятор служил дольше
Со временем любой смартфон начинает терять заряд, даже если пользователь ставит экономию батареи, выключает яркую подсветку, старается меньше играть в игры. Многие полагают, что полезно заряжать аккумулятор до 100%. Такие и прочие мифы разберут сотрудники VsePlus ниже, чтобы не было открытых вопросов.
Как правильно заряжать телефон – стандартные рекомендации
Батарея способна выдержать до 1000 циклов зарядки-разрядки, только после этого подлежит замене. Каждая зарядка любимого смартфона подталкивает его к неизбежному. Уже на середине срока годности ваш АКБ потеряет 25% от своей емкости, на 800 циклов зарядки-разрядки – еще + 25%.
Температура
Использовать телефоны на улице можно, но комфортная температура для девайса +10-+40°С. Идеальный показатель – +20°С. Когда на улице морозно или слишком жарко, подождите, пока температура выровняется, а после можно заряжать гаджет. Если не уверены, как правильно заряжать смартфон, лучше не делать это под прямым лучами солнца.
Как правильно заряжать новый телефон до 100%
Не нужно полностью разряжать свой девайс. Если уровень АКБ падает до нуля, то при подключении к сети возможно резкое повышение температуры, что приведет к выходу из строя. Правила как заряжать новый телефон касаются и зарядки до 100%, и тем более оставлять девайс на ночь. Современные аппараты после 100% зарядки выключаются, но как только заряд падает до 99%, снова начинают заряжаться. И так телефон курсирует всю ночь. Это приводит к быстром износу АКБ.
Золотая середина как правильно заряжать аккумулятор телефона
Эксперты уверены, что необходимо держать заряд гаджета на уровне 20-80%. То есть не ниже 20%, но и не выше 80%. Есть альтернатива – схема 50-70%. Но в этом случае готовьтесь проводить зарядку несколько раз в день. Работает для тех, у кого всегда рядом розетка или док-станция.
«Родная» зарядка
Если не знаете, как сделать чтобы телефон быстрее заряжался, то используйте всегда оригинальную зарядку, которая шла в коробке. Там правильно выставлен выходной ток, который рассчитан именно на ваш телефон. Такая стратегия не сильно продлит срок службы девайса, зато не сократит его, как это бывает с аналогами. Когда старая зарядка ломается, старайтесь брать оригинальную версию или устройство с аналогичными параметрами выходного тока и напряжения. Их можно найти на корпусе оригинала.
Разрушаем мифы о том, как заряжать смартфон
В интернете можно встретить много советов по поводу того, как сделать так, чтобы телефон быстрее заряжался. Иногда такие решения можно назвать мифами. Ниже остановимся на некоторых из них.
Миф № 1. Чтобы зарядить телефон быстро – не используйте его во время зарядки
Большинство владельцев смартфонов не пользуются им во время зарядки, полагая, что тем самым продлевают срок службы батареи. Но сидеть в мессенджерах, играть в игры можно, просто смартфон будет заряжаться дольше по времени.
Миф № 2. Чтобы лучше заряжать телефон после покупки – полная разрядка первые три раза
Расхожее мнение, что новый девайс следует полностью первые 3 раза зарядить и разрядить, чтобы дать раскачаться батарее. Но новые АКБ в этом уже не нуждаются, так что не стоит делать такие манипуляции.
Миф № 3. Нужно разрядить полностью телефон, если придется долгое время им не пользоваться
Это в корне не верно. Если не знаете, как правильно заряжать телефон с быстрой зарядкой, то следует оставлять девайс заряженным до 70%-80%. Хранить смартфон разряженным долгое время тоже не хорошо, есть риск глубокой разрядки, тогда для включения питания придется обращаться в сервисный центр.
Миф № 4. Как зарядить аккумулятор телефона – при батарее 0% или 15%
Не советуем разряжать смартфон до 0%, а после ставить на зарядку. Правильнее будет дождаться снижения показатели заряда до 15%, а после можно заряжать снова. Как максимальная зарядка 100%, так и полный разряд вредят современным АКБ.
Миф № 5. Как правильно заряжать новый смартфон – до 100% зарядки
Нет, в этом нет необходимости. Следует поддерживать заряд на уровне 40%-80%. Это уменьшит нагрузку на телефон, увеличит его срок службы. Если смартфон заряжен всегда на 100%, то это большая нагрузка на аккумулятор, что негативно влияет на его структуру.
Миф № 6. Как сделать чтобы телефон заряжался быстрее – оставлять его на ночь на зарядке
Мы уже говорили выше, что современные телефоны оснащены функцией отключения подпитки энергии, если батарея достигает 100%. Но затем заряд падает, что заставляет аккумулятор снова подзаряжаться, а это очередная трата целого цикла заряда/разряда.
Миф № 7. Как правильно заряжать телефон первый раз и заботиться о батарее – часто выключать смартфон
Гаджетам, как и людям нужен отдых. Но регулярные отключения, включения смартфону на пользу не идут, никак не влияют на срок службы АКБ. Часто такие действия помогают стабилизировать работу девайса. Ими можно пользоваться, если важна перезагрузка смартфона после обновления программы, установки нового приложения и т.д.
Миф № 7. Скачки температуры не влияют на работу гаджета
При разных температурных условиях Li-ion аккумулятор показывает себя с разной стороны. Если на улице выше 30°С, то батарея быстрее разряжается. Есть даже такое выражение как «плавится». Не стоит надолго оставлять гаджет в машине или на палящем солнце. Такой же эффект будет при отрицательной температуре. Li-ion элементы боятся и сильных морозов. Телефон зависает, быстро разряжается, не реагирует на команды пользователя. Сильно переохлаждать смартфон тоже не стоит.
Также предлагаем Вашему вниманию статью о нюансах подбора роутера — Как подобрать роутер
Как сделать зарядку для телефона максимально быстрой?
Есть несколько вариантов, как можно ускорить зарядку девайса, когда это так необходимо. Советы действуют даже в том случае, если поддерживается быстрая зарядка. Для начала не пользуйтесь гаджетом во время зарядки, так он быстрее сможет накопить нужный заряд.
Можно включить режим экономии энергии, чтобы дело пошло быстрее. Лучший вариант – отключить мобильный интернет, Wi-Fi, тогда телефон не будет отвлекаться на внешние раздражители. Если не ждете важное сообщение, звонок, можете выключить его полностью. Так он зарядиться очень быстро, не будет вообще потреблять энергию.
Как правильно заряжать аккумулятор телефона
Почему со временем батарея смартфона держит заряд все меньше? Только зарядили с утра, а к обеду уже 50%. В среднем срок службы аккумулятора рассчитан на 3–5 лет, это от 500 до 1000 циклов зарядки. Очевидно, что трехлетняя батарея не будет работать так же долго, как совершенно новая.
Работа приложений, количество мусора, выставленные настройки, большое количество push-уведомлений – все это увеличивает нагрузку на батарею. Три вещи влияют на износ литийионной батареи: количество циклов зарядки, температура и срок службы.
Специалисты Центра цифровой экспертизы Роскачества постарались собрать для вас лучшие советы по уходу за аккумулятором, чтобы он прослужил намного дольше.
График зарядки
Золотое правило заключается в том, чтобы лавировать в промежутке от 20 до 80%. Поставьте телефон на зарядку, когда показатель упадет ниже 50%, но отключите прежде, чем он достигнет 100%. По этой причине ставить устройство на зарядку на всю ночь – сомнительная затея.
Литийионный аккумулятор изнашивается быстрее, когда заряд идет в промежутке от 80 до 100%. Может быть, лучше подзарядиться утром, за завтраком или на рабочем месте. Так вам будет легче следить за процентами зарядки.
Конечно, полная зарядка телефона не является критичной для его аккумулятора. Но, поступая так раз от разу, вы способствуете сокращению срока его службы. То же и с разрядкой. Если она опустилась ниже 20% – аккумулятор изнашивается.
Выходит, что литийионные батареи лучше всего себя «чувствуют» где-то посередине. Ни высоко, ни низко.
Хорошо сработает правило: частые небольшие зарядки, нежели одна полная.
Обладатели iOS с помощью приложения «Быстрые команды» могут установить уведомление, чтобы знать, когда уровень заряда достигает определенного процента. Делается это на вкладке «Автоматизация => Уровень заряда батареи». Когда эта функция включена, iPhone не заряжается выше 80% дома или на работе (спасибо службе геолокации).
Чем лучше заряжать
Можно ли использовать любое зарядное устройство для телефона?
Лучше всего использовать зарядное устройство, входящее в комплект поставки телефона, так как оно подходит под спецификации устройства. Дешевые альтернативы с AliExpress или Avito могут нанести вред вашему телефону, и уже было несколько случаев возгорания некачественных зарядных устройств.
Кроме того, аккумуляторы телефонов не любят сильной жары и холода. Поэтому лучше не оставлять телефон в горячей машине, на пляже, рядом с духовкой, в снегу. Как правило, аккумуляторы оптимально работают при температуре от 20 до 30 °C. Однако короткие периоды пребывания вне этой температуры не будут критичными.
Заходим в настройки
Производители телефонов предлагают различные решения для оптимизации работы аккумулятора.
В iOS 13 и более поздних версиях можно установить оптимизированную зарядку аккумулятора: «Настройки => Аккумулятор => Состояние аккумулятора».
OnePlus имеет монитор батареи под названием «Оптимизированная зарядка» в своей OxygenOS 10.0.
У Samsung имеется опция «Защитить аккумулятор», она есть и в некоторых планшетах – Galaxy Tab S6 или Galaxy Tab S7. Ее можно найти в разделе «Настройки => Обслуживание устройства => Аккумулятор».
Помощник батареи у Huawei называется «Smart Charge» и доступен в EMUI 9.1 или Magic UI 2.1. Функцию можно включить в разделе «Настройки => Батарея => Дополнительные настройки».
У Sony функция «Уход за батареей» во многих моделях находится в настройках батареи.
У Xiaomi можно найти ряд опций в «Настройки => Питание и производительность => Экономия энергии».
Следите за новостями, подписывайтесь на рассылку.
При цитировании данного материала активная ссылка на источник обязательна.
Батарея смартфона. Часть 1. Как она работает и как правильно заряжать свой телефон
Этой статьей мы начинаем серию увлекательных материалов, посвященных аккумулятору смартфона. На первый взгляд слова «увлекательный» и «аккумулятор» не имеют логической связи. Однако, прочитав эту статью до конца, вы убедитесь в обратном!
Проблема с подобного рода статьями заключается в том, что советы по поводу «правильной» зарядки дает каждый второй пользователь смартфона и нередко можно увидеть прямо противоположную информацию.
Кто-то говорит, что можно без проблем оставлять смартфон на зарядке на всю ночь или разряжать телефон до нуля, ведь система управления питанием не допустит критического падения или превышения напряжения внутри аккумулятора. Другие с этим в корне не согласны, приводя в качестве аргументов личный печальный опыт.
В этой серии мы затронем все вопросы, начиная от принципа работы аккумулятора и заканчивая быстрыми и беспроводными зарядками. В первой части поговорим о том, как вообще работает аккумулятор, откуда там появляется ток и куда он девается, а также ответим на некоторые важные практические вопросы.
Загадочная «баночка с энергией» или как работает аккумулятор смартфона
Многие люди представляют себе аккумулятор телефона в виде небольшой баночки, в которую по проводу из розетки «заливается» ток. Набрали полную батарейку электронов — теперь можем в течение дня расходовать эту энергию на подпитку дисплея, динамиков, процессора и других компонентов смартфона. Закончились электроны в батарейке — телефон разрядился и нужна новая порция электронов.
Выглядит эта картина вполне логично, но не совсем верно. В реальности аккумулятор больше похож на закрытые песочные часы, только вместо песка у нас «засыпаны» электроны:
Когда верхний «сосуд» с электронами опустошится, нужно будет зарядить смартфон, то есть, как-то перевернуть часы, чтобы электроны снова посыпались вниз. Зарядка «переворачивает часы», забирая «песок» с нижней части аккумулятора и пересыпая его в «верхнюю» чашу, чтобы электроны снова могли двигаться в нужном направлении.
Мы все прекрасно понимаем, почему песок сыпется вниз. Это происходит под действием силы тяжести. Если бы часы лежали на боку, песок не пересыпался бы с одного сосуда в другой. Теперь представим, что часы лежат на столе (для простоты уберем лишние детали), но электроны «часов» почему-то продолжают «пересыпаться» с одной части в другую:
Как это происходит!? Для ответа на этот вопрос давайте вспомним, что вообще такое электрон. Всё, что нас окружает, состоит из атомов. Атомы, в свою очередь, состоят из ядра, вокруг которого, словно планеты вокруг солнца, вращаются электроны (на самом деле, это примитивная и устаревшая модель, так как электроны не летают по орбитам, да и орбит никаких нет, но для нашего разговора такая модель сгодится):
Электроны (синие шарики со знаком минус) — это отрицательно заряженные частицы, а внутри ядра находятся положительно заряженные (протоны) и нейтрально заряженные (нейтроны) частицы. Опять
Если количество электронов (-) и протонов (+) одинаково, атом считается электрически нейтральным. Если больше электронов (-), тогда атом обладает отрицательным зарядом, а если больше протонов (+), тогда атом обладает положительным зарядом.
Так вот, разноименные заряды (плюс и минус) всегда притягиваются друг ко другу, а одноименные (плюс-плюс или минус-минус) — отталкиваются. И не нужно пугаться слов «положительный» и «отрицательный» заряд. Это просто названия, не имеющие под собой никакого основания. Раньше такие заряды назывались «стеклянными» и «смоляными». Затем их решили называть «положительными» и «отрицательными». Главный смысл — показать, что заряды бывают двух типов и они между собой как-то взаимодействуют.
Теперь немножко подправим наши часы, сделав их более похожими на батарейку смартфона. Для этого изолируем две чаши и в одну из них поместим отрицательные заряды, а в другую — положительные:
Слева находится множество отрицательных электронов, а справа — положительных ионов. Ион — это просто другое название для атома, который потерял или получил электрон. В нашем случае, он потерял электрон («минус») и заряжен положительно. Получается, слева избыток электронов, а справа — их недостаток.
Но в природе все стремится к равновесию, атомы «хотят» быть нейтральными. То есть, количество положительных зарядов должно соответствовать количеству отрицательных зарядов. Если мы соединим обе чаши проводником (проводом), электроны слева моментально начнут движение по этому проводу в правую чашу:
И в этот момент в проводе возникнет электрический ток, так как ток — это и есть движение электронов в одном направлении. Теперь можно этот провод провести через все компоненты смартфона. Электроны, проходя от отрицательной «чаши» к положительной, будут давать электрический ток. Соответственно, будет работать экран, динамики и другие компоненты.
Теперь представьте, что чаша слева — это одна сторона аккумулятора (минус), а чаша справа — другая (плюс) и ток течет от отрицательной стороны батарейки к положительной. Но наступит момент, когда количество электронов выровняется. Больше нет «плюса» и «минуса», так как атомы везде стали нейтральными, все лишние электроны присоединились к ионам и телефон полностью разрядился.
Если бы это была обычная батарейка, толку от нее больше не было бы. Но так как это аккумулятор, можно попытаться снова разделить атомы на положительные ионы и отрицательные электроны, собрав «минусы» на одной стороне аккумулятора, а «плюсы» — на другой. И весь процесс запустится по кругу.
Что такое амперы и вольты?
Вернемся к потоку электронов. Чем большее их количество протекает по проводу за 1 секунду, тем выше сила тока, то есть, тем больше ампер выдает аккумулятор. Заряд одного электрона ничтожно мал, соответственно, нужно очень много электронов, чтобы силы тока было достаточно для питания смартфона. Амперы — это и есть наш ток. Если не будет ампер, значит, нет и электронов, которые бы двигались в одном направлении. Соответственно, нет и электричества. Если говорить точно, тогда 1 ампер — это поток из 6240 квадриллионов электронов, протекающих за 1 секунду.
Теперь возьмем батарейку смартфона, на одной стороне которой собралось много отрицательных частиц (со знаком «минус»), а на другой — положительных (со знаком «плюс»). В результате мы получаем два потенциала, один из которых «хочет» избавиться от лишних электронов. Их слишком много, им мало места, они выталкивают друг друга (электроны с одинаковым зарядом отталкиваются). А на втором конце наблюдается сильная недостача электронов и атомы пытаются их притянуть. Так вот, разница между такими потенциалами («плюс» и «минус») называется напряжением и измеряется в вольтах. Чем больше с одной стороны свободных электронов и сильнее их недостача с другой стороны, тем выше напряжение.
Если сравнить течение тока с водой в трубке, тогда сила тока (амперы) — это количество воды в трубке, а напряжение (вольты) — это давление, с которым мы толкаем воду. Соответственно, сколько бы воды не было в трубке, если мы не можем ее протолкнуть — никакого тока не будет. Верно и обратное — если воды очень и очень мало, то с каким бы давлением мы не пытались ее вытолкнуть, большой мощности не будет. То есть, эта вода будет бесполезной, так как она не сможет сделать никакой полезной работы, например, вращать водяную мельницу. Нужно не только много воды, но и хорошее давление.
Итак, только что мы рассмотрели базовый принцип работы батарейки. Электроны из одной части аккумулятора по проводам перетекают в другую часть. Только на нашей картинке обе части находились на расстоянии друг от друга, а внутри смартфона — это цельная конструкция. Просто электроны не могут попасть с одной стороны (минус) на другую (плюс) напрямую, так как между ними стоит «барьер». Соответственно, нужно между этими частями «проложить мостик», по которому электроны моментально начнут движение. Таким мостиком является проводка внутри смартфона.
Принцип работы литий-ионного (Li-ion) аккумулятора
Все смартфоны уже давно используют исключительно один тип аккумуляторов — это литий-ионные батареи (Li-Ion). О них и поговорим подробнее.
Кто-то может возразить и сказать, что в его смартфоне установлен литий-полимерный (Li-Po или LiPo) аккумулятор, который гораздо лучше литий-ионного. В доказательство можно привести тысячи статей на всевозможных сайтах, включая самые авторитетные. Однако в реальности, «литий-полимерный» аккумулятор — это не более, чем маркетинговая уловка, не имеющая никакого отношения к твердотелым аккумуляторам. Подробнее об этом я упомяну чуть позже. На этом этапе будет непонятной разница между литий-ионной и литий-полимерной батарейкой.
Итак, главным действующим лицом в литий-ионных аккумуляторах, как следует из названия, является литий, а точнее, его ионы. У лития всего 1 электрон на внешней оболочке атома (то есть, на самой дальней и нестабильной орбите). Соответственно, такой электрон очень легко может оторваться, превратив атом в положительно заряженный ион (вспоминаем, электрон — это отрицательная частица и если ее оторвать, атом станет положительным). По этой причине литий в чистом виде легко вступает в реакцию.
Но если атом лития станет частью оксида металла (соединение химических элементов), тогда он будет достаточно стабильным. Схематически это можно отобразить так:
Свободные атомы лития (зеленые шарики) очень нестабильные и могут вступать в реакцию, теряя электрон, а те, что в структуре оксида металла (в основном используется кобальт) — достаточно стабильные. Когда атом лития нестабилен, он, как и все мы, стремится к стабильности, возвращаясь на место в оксид металла.
Теперь вспоминаем устройство батарейки. Литий-ионный аккумулятор состоит из двух «камер» или частей. Одна из них будет отрицательной (называется Анод), а вторая положительной — Катод. Как и в нашем примере, электроны из Анода (-) должны попасть в Катод (+). Но сделать это напрямую внутри аккумулятора они не могут, так как между анодом и катодом находится жидкий электролит (переносчик положительных зарядов).
В современных аккумуляторах, кажется, что нет никакой жидкости внутри. Но это только так кажется. Многие современные аккумуляторы используют полимер, смоченный электролитом или же специальный пористый разделитель (сепаратор) из полимера, пропитанного электролитом. Но это всё тот же жидкий электролит, просто немного в другом виде. А существуют настоящие литий-полимерные аккумуляторы, у которых сам полимер проводит литий, то есть, там вообще нет никакого жидкого электролита. Такие аккумуляторы не используются в смартфонах.
Итак, посмотрим на схему нашего аккумулятора:
Мы видим здесь две части батареи: минус (слева) и плюс (справа). Они разделены по центру сепаратором, пропитанным электролитом. В левой части (в аноде) между слоями графита размещаются атомы лития. Кристаллическая решетка графита позволяет легко задерживать атомы лития между слоями. То есть, литий в нем, как бы, «застревает» (это явление называется интеркаляцией). Сам графит не вступает ни в какие реакции, он просто служит своеобразными «полочками», на которых можно удобно разместить все ионы.
Справа от электролита (в катоде) находится оксид кобальта, который вступает в реакцию с литием.
Разрядка телефона
Атомы кобальта на катоде (плюсе) из-за химической реакции потеряли электроны и их заряд стал еще более положительным. В результате они хотят вернуть свои электроны, чтобы нейтрализовать заряд. А как мы помним, на аноде (минусе) в графите «застряло» много лития, который без проблем отдаст свой электрон.
Но эти электроны не могут пройти через электролит, чтобы соединиться с кобальтом (оксидом металла).
Аккумулятор подключается плюсом и минусом к контактам смартфона. Дорожка от одного контакта (-) проходит через все компоненты смартфона и доходит до второго контакта (+). Она и соединяет две части батареи.
Как только между анодом и катодом появляется путь, электроны на аноде отрываются от лития и устремляются по нему, чтобы примкнуть к положительно заряженному кобальту. А литий в это же время свободно проходит через электролит и встраивается в оксид кобальта.
По дороге электроны «заходят» во все компоненты смартфона, которые встречаются им по пути и заставляют их работать.
Еще раз хочу обратить внимание на то, что электроны не «тратятся», как, например, топливо. Электрон вышел из точки А и пришел в точку Б, а если по пути встретилась лампочка, то еще и ее «зажег», но сам при этом никуда не испарился.
Зарядка телефона
Когда весь литий перейдет через электролит от анода к катоду, больше не останется электронов, которые бы могли путешествовать по внешнему проводу (по электрической цепи). Теперь нам нужно провернуть обратный процесс, а именно, «перетянуть» литий из катода в анод.
Для этого мы прикладываем внешний источник питания «плюсом» к катоду батарейки (+) и «минусом» к аноду батарейки (-). Так как напряжение внешнего источника выше напряжения батарейки, происходит химическая реакция. От кобальта отрываются электроны и уходят в «розетку». При этом атомы лития также вылетают из оксида металла.
В то же время от блока питания на «минус» батарейки залетают электроны и эта часть аккумулятора становится всё более и более отрицательно заряженной. В результате положительные ионы лития проходят через электролит и на аноде (в графите) встречаются с электронами.
Теперь весь литий снова на аноде и когда зарядка будет прекращена, начнется обратный процесс — электроны устремятся к положительному кобальту через весь смартфон, а литий следом — через электролит:
На этой иллюстрации вместо буквы А в кружочке и находятся компоненты нашего смартфона. Также на анимации не показан электролит по центру. Оранжевые кружочки — это положительные ионы лития, а белые кружочки — это электроны.
Так можно ли полностью разряжать свой смартфон или оставлять его на зарядке на всю ночь?
Вы можете делать все, что вашей душе угодно. Но стоит помнить, что у любого действия есть свои последствия. Это может прозвучать очевидно, но именно заряд/разряд смартфона и сокращает его емкость. По этой причине существует такое понятие как цикл разряда/заряда.
Я думаю, вы не раз слышали о том, что смартфоны рассчитаны на определенное количество циклов заряда/разряда, например, 500 полных циклов. Apple на своем сайте заявляет, что если полностью зарядить iPhone до 100%, после чего разрядить его до 0%, тогда через 500 таких зарядок/разрядок, емкость аккумулятора снизится до 80%. В случае с Apple Watch количество циклов увеличено до 1000.
Многие пользователи знают об этом и всё пытаются понять, как злобный производитель подсчитывает эти циклы, снижая емкость их аккумулятора. Кто-то старается выяснить, что считается полным циклом и как можно обмануть смартфон, разряжая его не совсем до нуля или заряжая не совсем до 100%.
На самом же деле, никто не считает циклы, чтобы специально испортить батарейку. Понятие полных/неполных циклов заряда введено для удобства. А портит батарейку именно заряд/разряд.
Понимая все, что мы разобрали в статье, посмотрим, кто же портит наш аккумулятор. Итак, при зарядке литий проходит через электролит от плюса к минусу, то есть, от катода к аноду.
Теперь, когда начинается разрядка смартфона, обратно вернутся не все ионы лития. Кто-то из них погибнет по пути домой. Возвращаясь через электролит, на внешней границе происходит реакция, в которой участвуют органические вещества электролита, сам литий и его электроны. В результате такой реакции образуется тонкая пленочка на аноде под названием SEI (Solid Electrolyte Interface).
С одной стороны, она и защищает слой электролита от бомбардировки электронами, которые стремятся пройти через электролит вслед за ионами лития, но не могут. С другой же стороны, на ее образование уходит часть атомов лития. То есть, самого лития становится меньше. А значит, уменьшается и емкость батарейки. И с каждым новым циклом заряда/разряда этот слой (SEI) становится все толще. Рано или поздно это приведет к созданию барьера, через который литий уже не сможет переходить к графиту анода.
На катоде тоже происходит реакция — окисление электролита. Чем выше напряжение — тем быстрее это происходит. Соответственно, собирать большое количество лития на одном из полюсов и держать его в таком состоянии, приводит к более быстрой деградации аккумулятора.
Получается, когда вы ставите смартфон на ночь на зарядку, конечно же, BMS (система управления батареей) не позволит аккумулятору «перезарядиться», то есть, получить большее напряжение, чем он способен выдержать. И проблема совершенно не в этом.
Всю ночь аккумулятор вашего смартфона будет находиться в состоянии, при котором деградация батареи будет максимально ускоряться. То же касается и падения заряда ниже 15-20%. В этом случае, мы получаем ту же ситуацию, что и с полностью заряженным аккумулятором, только наоборот. На ускорение вредных процессов влияет также и температура батареи.
Таким образом, для максимального срока службы литий-ионного аккумулятора нужно не только не оставлять свой смартфон на зарядке на всю ночь, но и не заряжать его вовсе до 100%, как и не разряжать ниже 20%. Гораздо лучше для батареи зарядить смартфон дважды в день (от 30 до 80%), нежели один раз в сутки ставить его на зарядку на всю ночь. Аккумулятор прослужит дольше, даже если вы будете заряжать его 4 раза в день от 40 до 70%, нежели проходить полный цикл заряда/разряда.
К слову, бывают случаи, когда человек использует свое устройство очень редко, например, зеркальную камеру. И в связи с этим хочет максимально эффективно хранить батарейку, чтобы она не теряла емкость. В таком случае, лучше всего разрядить аккумулятор до 40% и поместить его в полиэтиленовый пакет. А сам пакет с батареей хранить в холодильнике (не морозилке) при температуре от 0 до 3°C.
Ниже в таблице вы можете увидеть зависимость деградации аккумулятора от уровня его заряда и температуры хранения через 1 год:
| Температура | 40%-уровень заряда | 100%-уровень заряда |
| 0°C | 98% | 94% |
| 25°C | 96% | 80% |
| 40°C | 85% | 65% |
| 60°C | 75% | 60% через 3 мес. |
Надеюсь, вам понравилась первая часть из нашей новой серии, а во второй мы поговорим о беспроводной зарядке.
Алексей, главный редактор Deep-Review