Chicago je v zimě neúprosné místo. Chcete se pohybovat po městě? Nevlastníte auto? Připravte se na to, že budete 10 minut stát na vyvýšeném vlakovém nástupišti a budete se snažit vystavit co nejméně své kůže syrovému nárazovému větru. Zase je teplota pod nulou? Tady je na nástupišti slabá venkovní tepelná lampa; buďte za ni vděční.
Poslední sobotu (30. prosince) jsem se ocitl na jednom z těchto nástupišť a třásl se pod jednou z těchto lamp, když teplota klesla na 3 stupně Fahrenheita (minus 16 stupňů Celsia). Právě jsem se vrátil z oběda, během něhož jsem unesl jednu ze zásuvek v restauraci, abych si nabil telefon na 100 % kapacity baterie; můj další cíl cesty byl v centru města, v oblasti, kterou jsem neznal, a já jsem se ujišťoval, že mám po ruce GPS pro orientaci. A přesto, když jsem na tomto nástupišti vytáhl zařízení z kapsy, abych zkontroloval trasu, úroveň nabití již klesla: Údaj v pravém horním rohu obrazovky blikal červeně: „1 % …1 % …1 %“. O chvíli později byl přístroj mrtvý.
Proč?
Krátká odpověď zní, že baterie jsou závislé na chemických reakcích a mráz tyto reakce zpomaluje nebo zastavuje.
Lithium-iontové baterie, běžné dobíjecí zdroje, které pohánějí většinu našich moderních životů a jsou součástí téměř každého mobilního telefonu, vybíjejí elektrický proud, když se jednotlivé ionty lithia pohybují roztokem z jednoho konce baterie (anody) na druhý konec (katodu). Když se baterie vybije, všechny tyto ionty se usadí v porézním grafitu v katodě. Když je plně nabitá, jsou všechny usazeny v anodě, tvrdí Ann Marie Sastry, spoluzakladatelka a generální ředitelka společnosti Sakti3, startupu zabývajícího se technologiemi baterií se sídlem v Michiganu, která hovořila s časopisem Live Science pro minulý článek.
Chemisté nemají dobrou představu o tom, jak přesně chlad zpomaluje reakce, které probíhají uvnitř lithium-iontových baterií. „Přesné mechanismy, které vedou ke špatnému výkonu lithium-iontových baterií při nízkých teplotách, stále nejsou dobře známy,“ napsal tým inženýrů zabývajících se bateriemi v článku v časopise Journal of The Electrochemical Society v roce 2011.
Všeobecně však platí, že extrémní chlad zpomaluje reakce v bateriích všech typů na minimum.
Když měřič nabití mého telefonu na této plošině ukazoval „1 %“, všechny ionty najednou nepřeskočily na katodu. Jak vysvětluje technický web Lithiumpros.com, nízké teploty ve skutečnosti zabraňují takovému pomalému vybíjení iontů baterie při pokojových teplotách. Ale protože krutý mráz zpomalil nebo zastavil reakci uvnitř baterie, vybíjel se menší proud, než telefon potřeboval k dalšímu fungování, napsala v roce 2017 na webu thoughtco.com chemička Anne Marie Helmenstine, která má doktorát z biomedicínských věd a vyučovala chemii na různých akademických úrovních. Telefon si toto slabé vybití vyložil jako znamení, že je baterie téměř vybitá, a krátce poté se sám vypnul.
Naštěstí jsem se nepokoušel baterii dobít, když byl telefon stále zamrzlý. Při velmi nízkých teplotách, jak napsal na svých webových stránkách chemik z Lawrence Berkeley National Laboratory Stephen J. Harris, může proces nabíjení lithium-iontových článků strašlivě selhat. Za normálních podmínek by přivedení elektrického proudu do baterie přeneslo ionty zpět do pórů v grafitu anody. Když je však baterie zamrzlá, ionty se do grafitu nedostanou. Místo toho vystupují z roztoku a rozkládají se po povrchu grafitu jako pevné lithium. Tento proces může zničit výkon a životnost baterie.
Když se telefon znovu zahřál, ukázalo se, že stejně nepotřebuje nabíjet; potřebuje jen dostatečně vysokou teplotu, aby se reakce mohla uskutečnit. Když jsem na nově zahřátém zařízení stiskl tlačítko napájení, zapnulo se a měřič baterie ukazoval „94 %“.
Ionty se nikam neztratily. Jen se v chladu nemohly pořádně pohybovat.
Původně publikováno na stránkách Live Science.
Nejnovější zprávy
.