يبدو أن الشحن السريع موجود في كل مكان تقريبًا. يمكن للعديد من الهواتف الذكية أن تنتقل من حالة الشحن شبه الفارغة إلى أكثر من 50% من الشحن في حوالي نصف ساعة، في حين أن بعض السيارات الكهربائية يمكن أن تضيف مئات الأميال من المدى أثناء توقف الشحن السريع.
لكن البطاريات ليست مثالية؛ هُم القدرة تتدهور مع مرور الوقت. بالنظر إلى أن الشحن السريع يوفر المزيد من الطاقة في فترة زمنية أقصر، فهل يؤدي الشحن السريع إلى إتلاف البطاريات؟
يقول العلماء أن الإجابة هي نعم، لكن الأمر أكثر تعقيدًا مما قد تعتقد. يمكن أن يؤدي الشحن السريع إلى تسريع بعض أنواع تدهور البطارية، ولكن البطاريات الحديثة مصممة مع وسائل حماية للمساعدة في الحد من الضرر.
كيف يعمل الشحن السريع؟
بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن – نوع البطارية الأكثر شيوعًا في العالم – تعمل عن طريق نقل أيونات الليثيوم بين قطبين كهربائيين يسمى الكاثود والأنود. أثناء الشحن، تنتقل أيونات الليثيوم عبر البطارية ويتم تخزينها في الأنود حتى يتم استخدام البطارية مرة أخرى.
الفرق الرئيسي بين الشحن السريع والشحن العادي هو كيف بسرعة تتحرك تلك الأيونات. بالمقارنة مع الشحن العادي، والذي قد يستغرق ساعات، شحن سريع يمكن إعادة ملء البطارية خلال ساعة أو أقل.
يوضح هذا الرسم البياني الجزء الداخلي للبطارية أثناء تحرك أيونات الليثيوم عبر الدائرة من كونها أكثر تركيزًا إلى أقل تركيزًا.
(حقوق الصورة: كينا هيوز-كاستلبيري/لايف ساينس)
“يطبق الشحن المنتظم تيارًا أقل، مما يسمح لأيونات الليثيوم بالتقاطع [move into microscopic holes] إلى القطب الموجب تدريجيًا، مما يولد القليل من الحرارة ويسبب الحد الأدنى من الإجهاد الميكانيكي. تشييوان جيانغوقال أستاذ مشارك في قسم الهندسة الكيميائية والتكنولوجيا في جامعة شيان جياوتونغ في الصين لموقع Live Science عبر البريد الإلكتروني. “الشحن السريع يزيد من التيار [and] الطاقة بشكل كبير لتقصير وقت الشحن.”
اشترك في النشرة الإخبارية لدينا
(رصيد الصورة: مارلين بيركنز / المستقبل)
اشترك في النشرة الإخبارية لـ Life’s Little Mysteries الأسبوعية للحصول على أحدث الألغاز قبل ظهورها على الإنترنت.
ليست كل البطاريات مصممة للشحن السريع. وأوضح جيانغ أن قدرة البطارية على التعامل مع سرعات الشحن العالية تعتمد على موادها وبنيتها الداخلية ونظام إدارة البطارية. بطاريات سريعة الشحن غالبًا ما تستخدم مواد إلكترودات متخصصة أو أقطاب كهربائية وإلكتروليتات أرق تسمح لأيونات الليثيوم بالتحرك بسهولة أكبر. قد يقوم المصنعون أيضًا بإعادة تصميم البنية الداخلية للبطارية لتقليل المقاومة وتراكم الحرارة.
ستانيسلاف زانكوفسكي، باحث البطاريات في جامعة أكسفورد، قارن العملية بحركة المرور عبر المدينة.
قال زانكوفسكي لموقع Live Science: «يمكنك التفكير في شحن البطارية كوسيلة لنقل الأشخاص عبر الطرق والتقاطعات والمباني». “إن الشحن السريع هو في الواقع سؤال حول مدى كفاءة نقل كل حركة المرور هذه دون التسبب في اختناقات.”
ما نوع الضرر الذي يمكن أن يسببه الشحن السريع؟
تفقد جميع بطاريات الليثيوم أيون قدرتها بمرور الوقت، حتى عند معالجتها بعناية. لكن شحن سريع يمكن تسريع بعض العمليات الكيميائية المسؤولة عن تلك الشيخوخة.
واحدة من أكبر المخاوف هي عملية تسمى طلاء الليثيوم. أثناء الشحن السريع، قد لا يكون لدى أيونات الليثيوم الوقت الكافي للاستقرار بشكل صحيح داخل الأنود. وبدلاً من ذلك، يمكن أن يتراكم بعض الليثيوم على شكل رواسب معدنية على سطح القطب الكهربائي. يمكن لهذه الترسبات أن تقلل من كمية الليثيوم المتاحة لتخزين الطاقة، وبالتالي تقليل سعة البطارية. في الحالات القصوى، يمكن أن يشكل الليثيوم هياكل تشبه الإبرة تسمى التشعبات التي تثقب مكونات البطارية الداخلية وتشكل مخاطر على السلامة.
يمكن أن يؤدي الشحن السريع أيضًا إلى توليد المزيد من الحرارة. الحرارة هي نتيجة ثانوية طبيعية للمقاومة الكهربائية في البطارية. كلما زادت سرعة شحن البطارية، زادت الحرارة التي تنتجها.
وقال زانكوفسكي: “بالنسبة لشحن بطارية صغيرة بتيار صغير، فإن كمية الحرارة هذه ستكون أيضًا صغيرة نسبيًا”. “لذا، فهي ليست مشكلة تتعلق بالسلامة حقًا، ولكن مع زيادة حجم البطارية، فإن مقدار التيار الذي سندفعه أثناء الشحن وكمية الحرارة ستزداد أيضًا كثيرًا. ونتيجة لذلك، لا يمكننا حقًا شحن بطاريات أكبر بهذه السرعة، ويرجع ذلك في الغالب إلى هامش الأمان.”
يمكن لدرجات الحرارة المرتفعة تسريع التفاعلات الكيميائية التي تؤدي إلى تحلل مواد البطارية تدريجيًا. في بعض الحالات القصوى، يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تلف البطاريات لتنتفخ, تشتعل فيها النيران أو حتى تنفجر – عملية تعرف باسم الهروب الحراري.
تحتوي بعض البطاريات، مثل تلك المستخدمة في السيارات الكهربائية، على نظام إدارة يساعدها على الشحن بأمان دون ارتفاع درجة الحرارة.
(حقوق الصورة: ويثايا براسونجسين عبر Getty Images)
ولحسن الحظ، تحتوي معظم الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية الحديثة على أنظمة متطورة لإدارة البطاريات تراقب الجهد والتيار ودرجة الحرارة أثناء الشحن. لهذا السبب قد تحصل على تحذير من الحرارة من هاتفك الذكي إذا تركته في الشمس. إذا ارتفعت درجات الحرارة بشكل كبير جدًا، تعمل هذه الأنظمة تلقائيًا على إبطاء عملية الشحن لحماية البطارية.
أفضل النصائح لعمر البطارية
إذن ما هي أفضل طريقة لحماية البطارية أثناء شحنها بسرعة؟
وأكد كل من زانكوفسكي وجيانغ أن درجة الحرارة هي المفتاح. من الأفضل تجنب شحن الأجهزة في البيئات الحارة، مثل داخل سيارة متوقفة أو تحت أشعة الشمس المباشرة. يمكن أن تكون درجات الحرارة شديدة البرودة ضارة أيضًا لأنها تجعل من الصعب على أيونات الليثيوم التحرك عبر البطارية.
“من الناحية المثالية، ينبغي أن يكون نطاق درجة الحرارة حوالي 20 إلى 25 درجة مئوية [68 to 77 degrees Fahrenheit] قال زانكوفسكي: “لشحنه. إذن، تمامًا مثل درجة الحرارة المريحة للإنسان، أليس كذلك؟”
ويوصي الخبراء أيضًا بتجنب إبقاء الأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة متصلة بالكهرباء باستمرار، لأن ذلك قد يؤدي إلى انخفاض أداء البطارية. واقترح جيانغ تطبيق عادة “الشحن الضحل والتفريغ الضحل”.
وقال: “احتفظ ببطاريتك بنسبة تتراوح بين 20% و80% للاستخدام اليومي”. “ليس من الضروري شحن البطارية بنسبة 100% في كل مرة.”
هل يمكنك مطابقة هذه الأجهزة القديمة مع صورها؟ اكتشف معنا مسابقة الحوسبة!
المواضيع
مرتبط
اكتشاف المزيد من موقع مدسن medicine
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
