Chicago în timpul iernii este un loc neiertător. Vreți să vă deplasați prin oraș? Nu dețineți o mașină? Pregătiți-vă să stați pe o platformă de tren ridicată timp de 10 minute și încercați să vă expuneți cât mai puțin din piele la vântul crud și puternic. Temperatura este din nou sub zero grade? Iată o lampă slabă de căldură în aer liber pe peron; fiți recunoscători pentru ea.
Mi-am găsit pe unul dintre aceste peroane, tremurând sub una dintre aceste lămpi, sâmbăta trecută (30 decembrie), în timp ce temperatura a coborât la 3 grade Fahrenheit (minus 16 grade Celsius). Tocmai venisem de la masa de prânz, în timpul căreia deturnasem una dintre prizele restaurantului pentru a-mi încărca telefonul până la 100 la sută din capacitatea bateriei; următoarea mea destinație era în centrul orașului, într-o zonă cu care nu eram familiarizat, și mă asiguram că aveam GPS-ul la îndemână pentru a mă ghida. Și totuși, când mi-am scos dispozitivul din buzunar pe platforma respectivă pentru a-mi verifica traseul, încărcătura scăzuse deja vertiginos: Indicatorul din colțul din dreapta sus al ecranului meu clipea roșu, „1% …1% …1% …1%.” Câteva momente mai târziu, dispozitivul era mort.
De ce?
Răspunsul scurt este că bateriile se bazează pe reacții chimice pentru a funcționa, iar temperaturile de îngheț încetinesc sau opresc aceste reacții.
Baterii litiu-ion, acumulatorii obișnuiți care alimentează o mare parte din viețile noastre moderne și care trăiesc în interiorul aproape fiecărui telefon mobil, descarcă curent electric pe măsură ce ionii individuali de litiu se deplasează printr-o soluție de la un capăt al bateriei (anodul) la celălalt capăt (catodul). Atunci când bateria este golită, toți acești ioni sunt încorporați în grafitul poros din catod. Atunci când este complet încărcată, toți sunt încorporați în anod, potrivit lui Ann Marie Sastry, cofondator și director executiv al Sakti3, un start-up în domeniul tehnologiei bateriilor cu sediul în Michigan, care a vorbit cu Live Science pentru un articol trecut.
Cimiștii nu au o idee bună despre modul exact în care frigul încetinește reacțiile care au loc în interiorul bateriilor litiu-ion. „Mecanismele exacte care duc la performanța slabă a bateriilor litiu-ion la temperaturi scăzute nu sunt încă bine înțelese”, a scris o echipă de ingineri de baterii într-un articol publicat în Journal of The Electrochemical Society în 2011.
Dar, în linii mari, este adevărat că frigul extrem încetinește reacțiile din bateriile de toate tipurile până la un pas.
Când contorul de încărcare al telefonului meu a indicat „1%” pe acea platformă, nu toți ionii săriseră brusc la catod. De fapt, temperaturile scăzute împiedică tipul de descărcare lentă pe care ionii din baterii o fac la temperatura camerei, după cum explică site-ul de inginerie Lithiumpros.com. Dar pentru că frigul năprasnic încetinise sau oprise reacția din interiorul bateriei, aceasta a descărcat mai puțin curent decât avea nevoie telefonul pentru a continua să funcționeze, a scris în 2017 pe thoughtco.com chimista Anne Marie Helmenstine, care are un doctorat în științe biomedicale și a predat chimie la diferite niveluri academice. Telefonul a interpretat acea descărcare slabă ca pe un semn că bateria era aproape moartă și s-a închis singur la scurt timp după aceea.
Din fericire, nu am încercat să îmi reîncarc bateria cât timp telefonul era încă înghețat. La temperaturi foarte scăzute, după cum a scris chimistul Stephen J. Harris, de la Lawrence Berkeley National Laboratory, pe site-ul său, procesul de încărcare a litiului-ion poate eșua îngrozitor. În condiții normale, aplicarea unui curent electric la baterie ar transporta ionii înapoi în porii din grafitul anodului. Când bateria este înghețată, însă, ionii nu intră în grafit. În schimb, aceștia ies din soluție și se depun pe suprafața grafitului sub formă de litiu solid. Acest proces poate distruge performanța și durata de viață a unei baterii.
Când telefonul meu s-a încălzit din nou, a dovedit că oricum nu avea nevoie de o încărcare; avea nevoie doar de temperaturi suficient de ridicate pentru a permite reacția. Când am apăsat butonul de pornire al dispozitivului proaspăt încălzit, acesta s-a aprins, iar contorul bateriei a indicat „94%.”
Ionii nu plecaseră nicăieri. Pur și simplu nu se puteau mișca cum trebuie în frig.
Publicat inițial pe Live Science.
Știri recente