باتری گوشی را هرطور شارژ کنید، اشتباه است

زومیت/ باتری‌های لیتیوم‌یونی با وجود معایبشان هنوز فراگیرترین نوع باتری در دنیا هستند؛ اما ظاهرا لیتیوم‌فلز آماده‌ شکستن سلطه‌ی این فناوری کهنه است.

اکثر کاربران برای افزایش طول عمر باتری دستگاه‌های خود، اقدامات احتیاطی خاصی را رعایت می‌کنند. برای مثال، تلاش می‌کنند تا سطح شارژ گوشی هوشمندشان از ۲۰ درصد کمتر نشود و از شارژ بیش از ۸۵ درصد نیز اجتناب می‌کنند. بسیاری از افراد، گوشی‌های خود را در طول شب و با استفاده از شارژرهای بی‌سیم شارژ می‌کنند و در صورت مواجهه با هشدار کمبود باتری در طول روز، از شارژرهای سریع اصلی برای شارژ مجدد دستگاه خود استفاده می‌کنند. پیش‌تر در زومیت نیز به تفصیل در مورد روش‌های حفظ سلامت باتری گوشی‌های موبایل صحبت کرده‌ایم.

با وجود رعایت تمام این نکات، تقریباً غیرممکن است که بتوان پس از یک سال استفاده مداوم از گوشی، سلامت باتری آن را در سطح ۱۰۰ درصد حفظ کرد. دیر یا زود، هر کاربری مجبور خواهد شد برای تعویض باتری گوشی هوشمند خود اقدام کند، یا شاید هم تحت تأثیر تبلیغات شرکت‌های سازنده، وسوسه شود تا گوشی جدیدی را خریداری کند.

باتری‌های لیتیوم‌یونی که در تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها و خودروهای برقی استفاده می‌شوند، ذاتاً نواقصی دارند و با گذر زمان دچار افت عملکرد می‌شوند. تقریباً هر کاری که با آن‌ها انجام دهیم این روند را تسریع می‌کند. برای مثال، شارژ بی‌سیمی که شب‌ها از آن استفاده می‌کنید، گرمای اضافی تولید می‌کند که باعث افزایش سرعت فرسودگی باتری می‌شود. شارژ سریع نیز دقیقاً همین تأثیر را بر باتری دارد. به همین دلیل، به نظر می‌رسد شارژ کردن ۱۰۰درصد بی‌نقص گوشی، امری تقریباً غیرممکن است.

شارژ کردن ۱۰۰درصد بی‌نقص گوشی تقریباً غیرممکن است
هرچند برخی روش‌ها و ترفندها می‌توانند روند کاهش عمر باتری را کُند کنند، اما درنهایت محدودیت‌های ذاتی باتری‌های لیتیوم‌یونی گریبان‌گیر همه‌ی دستگاه‌ها خواهد شد. این باتری‌ها در نهایت توانایی نگه‌داشتن شارژ را از دست می‌دهند و نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. علاوه بر این، باتری‌های لیتیوم‌یونی، به‌ویژه مدل‌های ارزان‌تر، ممکن است بدون هیچ‌گونه هشدار قبلی منفجر شوند. با این‌ وجود، امیدهای تازه‌ای برای یک تحول اساسی در فناوری باتری‌ها به وجود آمده است.
یک استارتاپ مستقر در بوستون با نام «پیور لیتیوم» اخیراً از پیشرفتی چشمگیر در زمینه‌ی باتری‌های لیتیوم‌فلزی خبر داده است. باتری‌های لیتیوم‌یونی رایج، پس از چند صد بار چرخه‌ی شارژ و دشارژ، دچار افت قابل‌توجهی در عملکرد می‌شوند؛ در حالی‌ که آزمایش‌ها نشان داده‌اند که باتری‌های لیتیوم‌فلزی این شرکت (که به‌جای ترکیبات لیتیوم از لیتیوم خالص استفاده می‌کنند)، می‌توانند بیش از ۲۰۰۰ چرخه‌ی شارژ و تخلیه را بدون کاهش عملکرد پشت سر بگذارند.

---

بازار

---

علاوه بر این، این باتری‌های جدید قادرند دو برابر انرژی بیشتری ذخیره کنند و وزن آن‌ها فقط ۵۰درصد باتری‌های لیتیوم‌یونی معمولی است. امیلی بودوین، هم‌بنیان‌گذار و مدیرعامل پیور لیتیوم، ترکیب این ویژگی‌ها را «جام مقدس ذخیره‌سازی انرژی» می‌نامد.

بودوین در مصاحبه با Vox این مورد می‌گوید: «ما به یک تغییر ملموس نیاز داریم، زیرا اگرچه در طول ۲۰ سال گذشته اختراعات متعددی در حوزه‌ی باتری صورت گرفته است، اما این تغییرات را در تلفن همراه یا سایر دستگاه‌های خود احساس نکرده‌ایم.»

در حال حاضر، امکان خرید گوشی با باتری لیتیوم-فلزی وجود ندارد. این فناوری، همانند سایر جایگزین‌های باتری‌های لیتیوم-یونی، هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد. بنابراین، با وجود تمام محدودیت‌ها و نقاط ضعف فناوری لیتیوم-یون، این نوع باتری‌ها همچنان برای چندین دهه آینده، به عنوان رایج‌ترین گزینه در بازار باقی خواهند ماند.

زنجیره تامین مورد نیاز برای تولید این باتری‌ها، به‌ویژه در بخش خودروهای برقی، وابستگی شدیدی به کشور چین دارد. با این حال، مقیاس تولید این فناوری به حدی گسترده است که گزینه‌های آزمایشی جدید، توانایی رقابت با آن را ندارند. در واقع، زیرساخت‌های عظیم و سرمایه‌گذاری‌های کلان انجام‌شده در زمینه تولید باتری‌های لیتیوم-یونی، مانع از ورود سریع و گسترده فناوری‌های جایگزین به بازار می‌شود.

باتری‌های لیتیوم-یونی با وجود تمام نقایصشان تا چندین دهه‌ی دیگر نیز در دنیا رایج خواهند بود
بنا به گزارش مک‌کنزی، تقاضای جهانی برای باتری‌های لیتیوم-یونی در سال ۲۰۲۲ به ۷۰۰ گیگاوات ساعت رسید و انتظار می‌رود که بیشتر به لطف رشد خودروهای برقی، این تقاضا سالانه ۳۰ درصد افزایش یابد و تا سال ۲۰۳۰ به ۴۳۰۰ گیگاوات ساعت برسد. برای درک بهتر این عدد، کافی است بدانید که تولید برق بزرگ‌ترین نیروگاه برق‌آبی کشور روی سد کارون ۳، سالانه ۴۱۷۲ گیگاوات ساعت است.
باتری‌های لیتیوم-یونی نقش کلیدی در گذار به انرژی‌های تجدیدپذیر ایفا می‌کنند و به طور تدریجی در حال بهبود هستند. برای مثال، حتی اگر در شارژ کردن گوشی خود چندان دقت نکنید، باز هم گوشی شما بلافاصله منفجر نخواهد شد یا از کار نخواهد افتاد. همچنین بسیاری از خودروهای برقی جدید قادرند با استفاده از این باتری‌ها و تنها با یک بار شارژ، مسافتی نزدیک به ۴۵۰ کیلومتر را طی کنند. بااین‌حال، اگر بتوان انرژی بیشتری را در باتری‌ها ذخیره کرد، می‌توان پیشرفتی در حد یک انقلاب فناوری رقم زد.

خودروی برقی شیائومی SU7 Ultra

استوارت لیپوف، عضو ارشد IEEE (انجمن مهندسین برق و الکترونیک) در این مورد می‌گوید: «اگر فناوری نسل بعدی باتری‌ها بتواند ۳ تا ۵ برابر، یا در حالت ایده‌آل ۱۰ برابر انرژی بیشتری را در همین حجم و وزن فعلی ذخیره کند، دستگاه‌های جدیدی می‌توانند پا به عرصه‌ی وجود بگذارند!»

نتیجه‌ی این تحول در فناوری فقط دوام چندروزه‌ی باتری گوشی‌هایمان نخواهد بود. این انقلاب ذخیره‌سازی انرژی می‌تواند منجر به ساخت دستگاه‌هایی شود که کاملا جایگیزین تلفن‌های همراه شوند. دستگاه‌هایی همچون عینک‌های فوق سبک واقعیت افزوده که هرگز نیازی به شارژ ندارند!

ویژن پرو، هدست واقعیت افزوده‌ی اپل که یکی از بزرگ‌ترین ضعف‌هایش وزن بالای آن است

تاثیر این باتری‌های انقلابی در حمل و نقل هم فقط محدود به افزایش عمر باتری خودروهای الکتریکی نخواهد بود؛ بلکه می‌تواند زمینه را برای تولید هواپیماها، قطارها و کشتی‌های باری کاملا برقی فراهم کند. اما تا زمانی که این فناوری‌ها به مرحله‌ی تجاری نرسند، همگی مجبوریم با همین باتری‌های لیتیوم-یونی و مشکلات متعدد آن‌ها سر کنیم. البته روش‌هایی برای استفاده‌ی بهینه از آن‌ها وجود دارد.

تاریخچه باتری‌های لیتیوم‌یونی
فناوری باتری‌های لیتیوم-یونی به سال ۱۹۷۲ باز می‌گردد. زمانی که اِم. استنلی ویتینگهام برای نخستین‌بار آن را در شرکت اکسون (Exxon) توسعه داد؛ غول نفتی که شاید کمتر کسی انتظار داشته باشد که در حوزه‌ی باتری فعالیت کند! اکسون پیش‌بینی کرده بود که در آینده تولید نفت کاهش خواهد یافت و به همین دلیل، محققان این شرکت به‌دنبال منابع جایگزین انرژی بودند. اکسون در نمایشگاه خودروی شیکاگو در سال ۱۹۷۷ از طراحی ویتینگهام رونمایی کرد، یعنی دهه‌ها قبل از آنکه باتری‌های لیتیوم-یونی به خودروهای الکتریکی امروزی راه پیدا کنند.

اگر باتری‌ها بتوانند ۱۰ برابر میزان فعلی انرژی ذخیره کنند، دستگاه‌های جدیدی می‌توانند پا به عرصه‌ی وجود بگذارند
این باتری‌ها با قابلیت‌های بی‌نظیرشان، صنعت فناوری مصرفی را متحول کردند. نخستین بار در یکی از دوربین‌های فیلم‌برداری دستی سونی ظاهر شدند و سپس با قدرت به عرصه خودروهای برقی بازگشتند. در نهایت، سه دانشمند پیشرو در این زمینه، یعنی استنلی ویتینگهام، آکیرا یوشینو و جان گودایناف، به پاس نقش برجسته‌شان در توسعه فناوری باتری‌های لیتیوم-یونی، در سال ۲۰۱۹ به طور مشترک مفتخر به دریافت جایزه نوبل شیمی شدند. این جایزه، مهر تأییدی بر اهمیت و تأثیرگذاری این فناوری در دنیای امروز بود.
 
باتری‌های لیتیوم‌یونی چگونه کار می‌کنند؟
هر باتری از سه جزء اصلی تشکیل شده است: آند، کاتد و الکترولیت. معمولاً آند را با علامت + و کاتد را با علامت - نشان می‌دهند. هنگامی که باتری در حال استفاده است، مجموعه‌ای از واکنش‌های شیمیایی، الکترون‌ها را از طریق الکترولیت از آند به سمت کاتد حرکت می‌دهد. زمانی که سطح ولتاژ بین این دو قطب به تعادل برسد، واکنش متوقف شده و باتری تخلیه می‌شود و باید دوباره شارژ شود. هنگام شارژ شدن، با اعمال جریان الکتریکی، واکنش معکوس می‌شود و الکترون‌ها مجدداً به آند بازمی‌گردند.

در باتری‌های لیتیوم‌یونی، معمولاً گرافیت به‌عنوان آند و ترکیبات لیتیوم به‌عنوان کاتد استفاده می‌شوند. رایج‌ترین ترکیب لیتیومی برای کاتد، لیتیوم کبالت اکسید است. چین بزرگ‌ترین تولیدکننده‌ی گرافیت در جهان محسوب می‌شود و جمهوری دموکراتیک کنگو نیز بزرگ‌ترین تأمین‌کننده‌ی کبالت است. همین امر می‌تواند تسلط بر زنجیره‌ی تأمین این مواد را برای ایالات متحده به یک چالش تبدیل کند.

فلز لیتیوم

جنس ماده‌ی به کار رفته در کاتد، میزان چگالی انرژی باتری را تعیین می‌کند. به همین دلیل است که لیتیوم اهمیت بسیار بالایی دارد. با وجود این که ترکیبات شیمیایی مختلفی برای ساخت باتری‌ها وجود دارد، لیتیوم همچنان بهترین گزینه برای کاتد محسوب می‌شود، زیرا چگالی انرژی بسیار بالایی دارد.

فناوری باتری‌های لیتیوم‌یونی، پس از پیشرفت‌هایی که در دهه‌ی ۱۹۸۰ توسط یوشینو و گودایناف صورت گرفت، به مرحله‌ی تجاری‌سازی رسید. سونی در سال ۱۹۹۱ با عرضه‌ی نخستین باتری قابل شارژ لیتیوم-یونی تجاری، به محبوبیت این فناوری کمک شایانی کرد و اصطلاح «لیتیوم-یونی» را رواج داد.

متیو مک‌داول، یکی از مدیران مرکز فناوری پیشرفته‌ی باتری در مؤسسه‌ی فناوری جورجیا در این‌ مورد می‌گوید: «باتری‌های لیتیوم-یونی فناوری فوق‌العاده‌ای هستند، اما بی‌نقص نیستند. این فناوری مدت‌زمانی طولانی در کنار ما خواهد بود.»

مزایا و معایب باتری‌های لیتیوم‌یونی
از همان ابتدا، مزایا و معایب باتری‌های لیتیوم-یونی به وضوح قابل مشاهده بود. توانایی این باتری‌ها در ذخیره‌سازی حجم قابل توجهی از انرژی در فضایی کوچک و سبک، آن‌ها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای دستگاه‌های قابل حمل مانند دوربین‌های فیلم‌برداری، تلفن‌های هوشمند و خودروهای الکتریکی تبدیل کرد.

با وجود قابلیت استفاده طولانی‌مدت، این باتری‌ها تنها تعداد محدودی چرخه شارژ و دشارژ را تحمل می‌کنند. پس از این تعداد چرخه، مواد داخلی باتری به حدی تخریب می‌شوند که عملکرد خود را از دست می‌دهند. این محدودیت، همچنان به عنوان یک چالش اساسی در این فناوری مطرح است. به همین دلیل، دستگاه‌های کوچک مانند هدفون‌های توگوشی، پس از مدتی استفاده، دیگر قادر به حفظ شارژ نیستند و باید دور انداخته شوند.

باتری‌های لیتیوم-یونی دیگر پیشرفتی نخواهند داشت
امیلی بودوین در این مورد می‌گوید: «باتری‌های لیتیوم-یونی دیگر پیشرفتی نخواهند داشت، چون به بالاترین حد از چگالی انرژی نظری خود رسیده‌اند و دیگر بیش از این نمی‌توان آن را افزایش داد. این مشکل اساسی ما با این باتری‌ها است.»
 
هنر مدیریت باتری
عمر باتری‌ها در حال بهبود است. جدیدترین مدل گوشی‌ها نسبت به مدل سال گذشته، با یک بار شارژ مدت بیشتری دوام می‌آورند، اما این به معنای پیشرفت انقلابی در فناوری باتری‌های لیتیوم-یونی نیست. امروزه، نرم‌افزاری که نحوه‌ی شارژ و تخلیه‌ی باتری دستگاه را مدیریت می‌کند نیز به همان اندازه‌ی ترکیب شیمیایی باتری اهمیت دارد. به همین دلیل است که روش‌های مختلفی برای شارژ صحیح گوشی‌های هوشمند پیشنهاد می‌شود. اگر این کار را درست انجام دهید، نه‌تنها می‌توانید مدت بیشتری از دستگاه خود در طول روز استفاده کنید، بلکه می‌توانید طول عمر کلی باتری را نیز افزایش دهید.

برای بهینه‌سازی عمر باتری و افزایش طول عمر آن به بیشترین حد ممکن، باید در شرایط ایده‌آل شارژ گوشی خود را همیشه بین ۲۰ تا ۸۰ درصد نگه دارید و دمای محیط نیز در حدود ۱۸ درجه‌ی سانتی‌گراد یعنی همان دمای عادی اتاق باشد. اگر باتری بیش از حد تخلیه یا بیش از حد شارژ شود، یا اگر بیش از اندازه گرم یا سرد شود، سرعت تخریب آن افزایش می‌یابد. هنگام شارژ نیز نباید از آداپتورهای بسیار پرقدرت استفاده کنید، زیرا گرمای بیش از حد باعث افزایش سرعت فرسودگی باتری می‌شود. قدرت آداپتورها برحسب وات اندازه‌گیری می‌شود و عدد بالاتر به معنای شارژ سریع‌تر است.

البته رعایت تمامی این شرایط در زندگی روزمره تقریباً غیرممکن است. علاوه‌براین، فرسایش باتری‌های لیتیوم-یونی در نهایت امری اجتناب‌ناپذیر است. پس حتی اگر تمام توصیه‌ها را رعایت کنید، باز هم بعد از چند سال نیاز به تعویض باتری پیدا خواهید کرد.

سازندگان دستگاه‌های الکترونیکی به خوبی از محدودیت‌های باتری‌های لیتیوم-یونی آگاه هستند و به همین دلیل، پیوسته در تلاشند تا نرم‌افزارهای مدیریت باتری خود را بهبود بخشند. به عنوان مثال، دیگر نیازی به نگرانی در مورد شارژ بیش از حد گوشی‌های هوشمند وجود ندارد. نرم‌افزارهای مدیریت باتری، با نزدیک شدن سطح شارژ به ۱۰۰ درصد، سرعت شارژ را به طور خودکار کاهش می‌دهند. این فرآیند، که با نام «شارژ قطره‌ای» (Trickle Charging) شناخته می‌شود، از آسیب دیدن باتری در اثر شارژ بیش از حد جلوگیری می‌کند.

علاوه بر این، احتمال تخلیه کامل باتری نیز به حداقل رسیده است. گوشی‌های هوشمند، قبل از رسیدن سطح شارژ به صفر درصد، به طور خودکار خاموش می‌شوند تا از آسیب دیدن سلول‌های باتری جلوگیری کنند. این ویژگی‌های نرم‌افزاری مدیریت باتری، حتی هنگام استفاده از شارژرهای سریع، به حفظ سلامت باتری و افزایش طول عمر آن کمک می‌کنند. در واقع، ترکیب سخت‌افزار و نرم‌افزار مدیریت باتری، نقش مهمی در بهینه‌سازی عملکرد و افزایش طول عمر باتری‌های لیتیوم-یونی ایفا می‌کند.

البته این پیشرفت‌ها هم جنبه‌ی مثبت دارند و هم جنبه‌ی منفی. جنبه‌ی مثبت این است که با وجود افسانه‌های فراوانی که درباره‌ی روش‌های صحیح شارژ کردن گوشی وجود دارد، امروزه گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و حتی خودروهای الکتریکی، تا حد زیادی ضعف‌های ذاتی فناوری لیتیوم-یون را جبران می‌کنند. به عبارت دیگر، لازم نیست خیلی نگران نحوه‌ی شارژ دستگاه خود باشید، زیرا نرم‌افزارهای داخلی بخش عمده‌ی وظیفه‌ی مدیریت بهینه‌ی باتری را بر عهده دارند.

بااین‌حال، اگر واقعاً نگران سلامت باتری گوشی خود هستید، بهتر است از شارژ سریع یا شارژ طولانی‌مدت در طول شب و گذاشتن گوشی در معرض نور مستقیم خورشید خودداری کنید. اما در مجموع، پذیرفتن این واقعیت که باتری‌های لیتیوم-یونی پس از چند صد چرخه‌ی شارژ، کارایی خود را از دست خواهند داد، منطقی‌تر است.

لازم نیست خیلی نگران نحوه‌ی شارژ دستگاه خود باشید. نرم‌افزار مواظب آن است
خبر ناگوار این است که فناوری باتری‌های نسل آینده، که بتواند رویای هواپیماهای تمام‌الکتریکی را به واقعیت تبدیل کند، هنوز سال‌ها با تجاری‌سازی انبوه فاصله دارد. نوآوری‌هایی مانند دستاورد شرکت «پیور لیتیوم»، تنها گام‌های کوچکی در مسیر پرپیچ‌وخم تجاری‌سازی این فناوری‌های پیشرفته محسوب می‌شوند.
برای درک بهتر این موضوع، کافی است به تاریخچه باتری‌های لیتیوم-یونی نگاهی بیندازیم. نزدیک به دو دهه طول کشید تا این فناوری، از مرحله اختراع اولیه، به دستگاه‌های تجاری مانند دوربین‌های فیلم‌برداری دستی سونی (هندی‌کم) راه پیدا کند. این بازه زمانی طولانی، باعث شد تا دوربین‌های هندی‌کم برای یک نسل به نمادی از فناوری منسوخ تبدیل شوند و برای نسل‌های بعدی، تنها خاطره‌ای نوستالژیک باقی بمانند.

در نهایت، باید اذعان کنیم که باتری‌های لیتیوم-یونی با تمام کاستی‌هایشان، فعلاً تنها گزینه موجود در بازار هستند و به ناچار، دست‌کم تا یک دهه آینده، باید به استفاده از آن‌ها ادامه دهیم. تا وقوع انقلابی فراگیر در عرصه‌ی باتری‌ها فعلا مجبوریم با ترفند‌هایی برای افزایش عمر باتری سر کنیم.

در کانال آی‌تی و ™CanaleIT هم کلی عکس و ویدئوی دسته اول و جذاب داریم