Chicago talvella on armoton paikka. Haluatko liikkua kaupungilla? Et omista autoa? Valmistaudu seisomaan korotetulla junalaiturilla 10 minuuttia ja yritä altistaa mahdollisimman vähän ihoasi raa’alle, puhaltavalle tuulelle. Onko lämpötila taas alle nollan? Tässä on heikko ulkolämpölamppu laiturilla; ole siitä kiitollinen.
Löysin itseni viime lauantaina (30.12.) yhdeltä tuollaiselta laiturilta, vapisuttamassa yhden tuollaisen lampun alla, kun lämpötila laski kolmeen celsiusasteeseen (miinus 16 celsiusastetta). Olin juuri tullut lounaalta, jonka aikana olin kaapannut yhden ravintolan pistorasioista ladatakseni puhelimeni 100 prosenttiin akkukapasiteetista; seuraava määränpääni oli keskusta, alue, joka ei ollut minulle tuttu, ja varmistin, että minulla oli GPS-tietokone käden ulottuvilla opastusta varten. Silti, kun vedin laitteen taskustani kyseisellä laiturilla tarkistaakseni reittini, lataus oli jo romahtanut: Näytön oikeassa yläkulmassa oleva näyttö vilkkui punaisena: ”1 % …1 % …1 % …1 %”. Hetkeä myöhemmin laite oli kuollut.
Miksi?
Lyhyt vastaus on, että akkujen toiminta perustuu kemiallisiin reaktioihin, ja pakkaslämpötilat hidastavat tai pysäyttävät nämä reaktiot.
Lithiumioniakut, tavanomaiset ladattavat akut, jotka saavat virtaa suureen osaan nykyaikaisesta elämästämme ja jotka asuvat melkein jokaisessa matkapuhelimessa, purkautuvat sähkövirrasta, kun yksittäiset litiumionit liikkuvat liuoksessa akun yhdestä päästä (anodista) toiseen päähän (katodiin). Kun akku tyhjenee, kaikki nämä ionit sulautuvat katodin huokoiseen grafiittiin. Täyteen ladattuna ne ovat kaikki anodissa, kertoo Ann Marie Sastry, Michiganissa sijaitsevan akkuteknologiaa kehittävän startup-yrityksen Sakti3:n perustaja ja toimitusjohtaja, joka puhui Live Science -lehdelle aiempaa artikkelia varten.
Kemisteillä ei ole tarkkaa käsitystä siitä, miten kylmä hidastaa litiumioniakkujen sisällä tapahtuvia reaktioita. ”Tarkkoja mekanismeja, jotka johtavat litiumioniakkujen huonoon suorituskykyyn kylmissä lämpötiloissa, ei vieläkään ymmärretä hyvin”, kirjoitti akkuinsinööriryhmä Journal of The Electrochemical Society -lehdessä vuonna 2011 ilmestyneessä artikkelissa.
Mutta yleisesti ottaen on totta, että äärimmäinen kylmyys hidastaa kaikentyyppisten akkujen reaktiot ryömimiseksi.
Kun puhelimeni latausmittari näytti tuolla alustalla ”1 %”, kaikki ionit eivät olleet yhtäkkiä hypänneet katodille. Itse asiassa kylmät lämpötilat ehkäisevät sellaista hidasta purkautumista, jota akkuionit tekevät huoneenlämmössä, kuten insinöörisivusto Lithiumpros.com kertoo. Mutta koska kirpeä kylmyys oli hidastanut tai pysäyttänyt reaktion akun sisällä, se purkautui pienemmällä virralla kuin mitä puhelin tarvitsi toimiakseen, kemisti Anne Marie Helmenstine, joka on väitellyt tohtoriksi biolääketieteistä ja opettanut kemiaa eri akateemisilla tasoilla, kirjoitti vuonna 2017 thoughtco.com-sivustolla. Puhelin tulkitsi tuon heikon purkauksen merkiksi siitä, että akku oli lähes tyhjä, ja sammutti itsensä pian sen jälkeen.
En onneksi yrittänyt ladata akkua, kun puhelin oli vielä jäässä. Erittäin kylmissä lämpötiloissa, kuten Lawrence Berkeleyn kansallisen laboratorion kemisti Stephen J. Harris kirjoitti verkkosivuillaan, litiumioniakun latausprosessi voi epäonnistua kauheasti. Normaalioloissa sähkövirran syöttäminen akkuun kuljettaisi ionit takaisin anodin grafiitin huokosiin. Kun akku on jäätynyt, ionit eivät kuitenkaan pääse grafiittiin. Sen sijaan ne poistuvat liuoksesta ja kerrostuvat grafiitin pinnalle kiinteänä litiumina. Tämä prosessi voi tuhota akun suorituskyvyn ja käyttöiän.
Kun puhelimeni lämpeni uudelleen, se osoitti, ettei se tarvinnut latausta kuitenkaan; se tarvitsi vain riittävän lämpimät lämpötilat reaktion mahdollistamiseksi. Kun painoin juuri lämmenneen laitteen virtapainiketta, se käynnistyi, ja akkumittari näytti ”94 %.”
Ionit eivät olleet menneet minnekään. Ne eivät vain voineet liikkua kunnolla kylmässä.
Originally published on Live Science.
Uudemmat uutiset