Chicago om vinteren er et ubarmhjertigt sted. Vil du bevæge dig rundt i byen? Ejer du ikke en bil? Forbered dig på at stå på en hævet togperron i 10 minutter, og prøv at udsætte så lidt af din hud som muligt for den rå, blæsende vind. Er temperaturen under nul igen? Her er en svag udendørs varmelampe på perronen; vær taknemmelig for den.
Jeg befandt mig selv på en af disse perroner, rystende under en af disse lamper, sidste lørdag (30. december), da temperaturen faldt til 3 grader Fahrenheit (minus 16 grader Celsius). Jeg var lige kommet fra frokost, hvor jeg havde kapret en af restaurantens stikkontakter for at oplade min telefon til 100 procent af dens batterikapacitet; min næste destination var downtown, i et område, som jeg ikke kendte, og jeg sørgede for at have min GPS ved hånden til at guide mig. Og alligevel, da jeg tog min enhed op af lommen på denne perron for at tjekke min rute, var opladningen allerede faldet kraftigt: I det øverste højre hjørne af min skærm blinkede det røde lys: “1 % …1 % …1 % …1 %”. Øjeblikke senere var enheden død.
Hvorfor?
Det korte svar er, at batterier er afhængige af kemiske reaktioner for at fungere, og frosttemperaturer forsinker eller stopper disse reaktioner.
Lithium-ion-batterier, de almindelige genopladelige batterier, der driver en stor del af vores moderne liv og findes i næsten alle mobiltelefoner, afgiver elektrisk strøm, når individuelle lithiumioner bevæger sig gennem en opløsning fra den ene ende af batteriet (anoden) til den anden ende (katoden). Når batteriet er tømt, er alle disse ioner indlejret i porøs grafit i katoden. Når det er fuldt opladet, er de alle indlejret i anoden, siger Ann Marie Sastry, medstifter og administrerende direktør for Sakti3, en Michigan-baseret batteriteknologisk startup, som talte med Live Science i forbindelse med en tidligere artikel.
Kemikere har ikke en god idé om præcis, hvordan kulde bremser de reaktioner, der finder sted i litium-ion-batterier. “De nøjagtige mekanismer, der fører til dårlig ydelse af lithium-ion-batterier ved kolde temperaturer, er stadig ikke godt forstået,” skrev et team af batteriingeniører i en artikel i Journal of The Electrochemical Society i 2011.
Men det er generelt sandt, at ekstrem kulde bremser reaktionerne i batterier af alle typer til et hak.
Da min telefons opladningsmåler viste “1 %” på den platform, var alle ionerne ikke pludselig sprunget til katoden. Faktisk forhindrer kolde temperaturer den form for langsom afladning af batteriioner, som batteriioner gør under stuetemperaturer, som det forklares på det tekniske websted Lithiumpros.com. Men fordi den bitre kulde havde bremset eller stoppet reaktionen inde i batteriet, afledte det mindre strøm, end telefonen havde brug for for at fortsætte med at fungere, skrev kemiker Anne Marie Helmenstine, der har en ph.d. i biomedicinsk videnskab og har undervist i kemi på forskellige akademiske niveauer, i 2017 på thoughtco.com. Telefonen fortolkede den svage afladning som et tegn på, at batteriet var næsten dødt, og slukkede sig selv kort efter.
Godt nok forsøgte jeg ikke at genoplade mit batteri, mens telefonen stadig var frosset. Under meget kolde temperaturer kan lithium-ion-opladningsprocessen fejle forfærdeligt ved meget kolde temperaturer, som kemiker Stephen J. Harris fra Lawrence Berkeley National Laboratory skriver på sit websted. Under normale forhold vil en elektrisk strøm til batteriet under normale omstændigheder transportere ioner tilbage i porerne i anodens grafit. Men når batteriet er frosset, kommer ionerne ikke ind i grafitet. I stedet for kommer de ud af opløsningen og plader hen over grafitens overflade som fast lithium. Denne proces kan ødelægge batteriets ydeevne og levetid.
Da min telefon blev varm igen, viste det sig, at den alligevel ikke havde brug for en opladning; den havde bare brug for varme temperaturer, der var varme nok til at muliggøre reaktionen. Da jeg trykkede på tænd/sluk-knappen på den nyopvarmede enhed, tændte den, og batterimåleren viste “94%.”
Jonerne var ikke gået nogen steder. De kunne bare ikke bevæge sig ordentligt i kulden.”
Originalt udgivet på Live Science.
Reneste nyheder