این روزها با وقوع چندین حادثه ی آتش سوزی باتری اسمارت فون ها، تحقیقات در این زمینه افزایش یافته است. امروز در بهترین ها در زمین در قالب این مطلب می خواهیم به یک پرسش بزرگ بپردازیم که آیا نیازی به تخلیه ی شارژ دوره ای باتری تلفن های همراه برای اجرایی نگه داشتن آنها است یا خیر. با ما همراه باشید.
پرسش این سوال با کمک دنیل آبراهام، یک متخصص باتری لیتیون یون از آزمایشگاه ملی آرگون در شیکاگو داده شده است. وی می گوید:
تلفن های امروزی (و لپ تاپ ها) حاوی باتری های لیتیوم-یون هستند که نیازی به تخلیه ی شارژ دوره ای جهت اجرایی نگه داشتن ندارند. توصیه ی "تخلیه ی دوره ای" مربوط به انواع قدیمی تر باتری ها مانند باتری های قابل شارژ مجدد هیبریدی نیکل-کادمیم و نیکیل-فلز بوده است. در باتری های فوق، یک "اثر حافظه" وجود دارد که در صورت عدم تخلیه ی شارژ دوره ای موجب می شود شارژ کمتری را در خود نگه دارند. اما این ویژگی در مورد باتری های لیتیوم-یون صدق نمی کند.
برای درک بهتر این موضوع شاید بهتر است نحوه ی کار باتری های قابل شارژ مجدد لیتیوم-یون را توضیح دهیم.
یک سلول باتری قابل شارژ مجدد حاوی چهار مولفه ی اصلی است: یک کاتد مثبت، یک آند منفی، یک الکترولیت که اجازه ی جریان لیتیوم یون ها میان آنها را می دهد، و یک عایق که به صورت فیزیکی الکترودها را به منظور محافظت از اتصال کوتاه، جدا می نماید.
زمانی که باتری را شارژ نمایید، جریان ناشی از پریز برق لیتیوم ها را وادار به حرکت از سمت کاتد به آند می کند. این عمل انرژی الکتریکی پریز برق را به انرژی شیمیایی ذخیره شده تبدیل می نماید. زمانی که باتری را از پریز برق جدا و شروع به استفاده از آن کنید، لیتیوم یون ها به سمت کاتد بازمی گردند؛ و انرژی شیمیایی ذخیره شده به جریانی از الکترون ها برای تامین انرژی دستگاه مورد نظر تبدیل می شود.
در سلول های تجاری لیتیوم-یون، گرافیت معمولا مولفه ی فعال موجود در آند است. لیتیوم یون ها خود را میان صفحات گرافن مرتب کرده که موجب انبساط و انقباض آنها می شود. مولفه ی فعال در کاتد معمولا لیتیوم اکسید یا ذرات فسفات هستند. زمانی که سلول شارژ می شود، لیتیوم یون ها از این ذرات جدا می شوند یا در حین دشارژ در آنها قرار می گیرند.
این فرایند استخراج و تعبیه ی لیتیوم که اینترکالیشن نامیده می شود، معمولا ساختار کریستالی ذرات میزبان کاتد یا آند را تغییر نمی دهد. در موقعیت های ایده آل، فرایند درج و جداسازی لیتیوم صددرصد برگشت پذیر است؛ اما در واقعیت برخی از لیتیوم یون ها در واکنش های ناخواسته ای از دست رفته و عملکرد باتری سلولی به تدریج کاهش می یابد.
اثر حافظه در سلول NiCd به شکل گیری و رشد کریستال های کادمیم هیدروکسید در صورت کاملا شارژ نگه داشتن سلول برای مدت زمان طولانی، نسبت داده شده است. دشارژهای دوره ای موجب می شوند کریستال ها اندازه ی اولیه ی خود را حفظ کرده و اغلب این عمل عملکرد سلول را نیز متناسب نگه می دارد. سلول های تجاری لیتیوم-یون فعلی مبتنی بر شیمی اینترکالیشن بوده و به این ترتیب چنین حالت شکل گیری و رشد کریستالی را از خود نشان نمی دهد.
با این حال، پژوهشگران آزمایشگاه های تحقیقاتی در سراسر جهان مشغول فعالیت بر روی شیمی جایگزینی هستند که بتواند انرژی و تراکم قدرت سلول های باتری را افزایش دهد. برخی از این سلول ها مبتنی بر فرایند "تبدیل" به جای فرایند اینترکالیشن هستند. ساختار های کریستالی جدید در طول واکنش تبدیل تشکیل می شوند. هنوز نمی دانیم آیا این سلول های آینده نیازی به تخلیه ی شارژ دوره ای دارند یا خیر.
جهان هستی شلوغتر از تصور ماست
