باید گوشیهای جدید را قبل از نخستین استفاده، به شارژ زد؟
نهایت علم: تکامل باتری های قابل شارژ یکی از کلیدی ترین ارکان پیشرفت تکنولوژی موبایل در دهه های اخیر بوده است. با این وجود، انتقال دانش فنی از لابراتوار های الکتروشیمی به سطح خرده فروشی با تاخیری قابل توجه همراه بوده که منجر به ایجاد و ادامه باورهای سنتی در بین کاربران و حتی فروشندگان متخصص شده است. یکی از رایج ترین سفارش هایی که هنگام خرید گوشی نو به خریداران ارایه می شود، لزوم اتصال دستگاه به شارژر برای مدت زمان طولانی قبل از نخستین استفاده است. این تحلیل در صدد است با بررسی مبانی شیمی فیزیک باتری های مدرن، سیستم های مدیریت سخت افزاری و تطبیق با اسناد رسمی تولیدکنندگان پیشرو، این ادعا را بصورت علمی بررسی کند.
به گزارش نهایت علم به نقل از خبر آنلاین، برای درک چرایی تداوم باور شارژ هشت ساعته، ابتدا باید به منشا تاریخی آن در دهه های ۸۰ و ۹۰ میلادی برگشت. در آن دوران، اغلب دستگاههای الکترونیکی قابل حمل از باتری های نیکل-کادمیوم (NiCd) یا نیکل-متال هیدرید (NiMH) استفاده می کردند. این باتری ها دارای خاصیت های الکتروشیمیایی خاصی بودند که پروتکلهای نگهداری متفاوتی را نسبت به معیارهای امروزی ایجاب می کرد.
باتری های مبتنی بر نیکل به شدت تحت تاثیر پدیده ای معروف به «اثر حافظه» (Memory\ Effect) بودند. این پدیده زمانی رخ می داد که باتری قبل از تخلیه کامل، مجدداً شارژ می شد. در چنین شرایطی، باتری سطح شارژ باقی مانده را بعنوان نقطه صفر تخلیه شناسایی می کرد و در چرخه های بعدی، ظرفیت واقعی آن کاهش می یافت. از نظر میکروسکوپی، این اتفاق به علت تشکیل کریستال های کادمیوم بر روی الکترود کاتد رخ می داد. عدم تخلیه و شارژ کامل سبب بزرگ شدن این کریستال ها و کاهش سطح تماس مؤثر با الکترولیت می شد که در نهایت منجر به افت ولتاژ ترمینال دستگاه می گشت.
برای رویارویی با این مشکل، تولیدکنندگان در آن زمان سفارش می کردند که باتری های نو در نخستین استفاده تحت پروسه «فرمتینگ» یا آماده سازی (Priming) قرار گیرند. این پروسه شامل یک شارژ طولانی مدت (معمولاً بین ۱۴ تا ۱۶ ساعت) بود تا اطمینان حاصل شود که تمامی سلول های نیکلی به پتانسیل حداکثری خود رسیده اند و ساختار کریستالی آنها بهینه شده است. با این وجود، با جایگزینی این تکنولوژی با سیستم های لیتیومی، این لزوم فنی بطور کامل از بین رفته است.
آناتومی الکتروشیمیایی باتری های لیتیوم-یون مدرن
باتری های لیتیوم-یون که امروزه در تمامی گوشیهای هوشمند از برندهای اپل، سامسونگ و شیائومی استفاده می شوند، از مکانیسم متفاوتی برای ذخیره انرژی بهره می برند که مبتنی بر جابجایی یون های لیتیوم بین آند و کاتد است.
در یک باتری لیتیوم-یونی، پروسه شارژ و دشارژ بوسیله (Intercalation) یا قرارگیری یون های لیتیوم در ساختار لایه ای گرافیت (آند) و اکسید فلزی (کاتد) صورت می گیرد. در این ساختار، هیچ واکنش شیمیایی پایداری که منجر به تشکیل کریستال های مخرب (مانند آن چه در باتری های نیکلی دیده می شد) شود، وجود ندارد. بنابراین، باتری های لیتیومی از لحظه خروج از خط تولید و بعد از گذراندن تست های کنترل کیفیت کارخانه، در وضعیت فعال و آماده به کار قرار دارند. براستی، تولیدکنندگان معتبر قبل از بسته بندی، باتری ها را شارژ و تخلیه می کنند تا از سلامت سلول ها اطمینان حاصل کنند؛ بنابراین است که گوشیهای نو به طور معمول با سطح شارژی بین ۴۰٪ تا ۶۰٪ به دست مشتری می رسند.
استرس ولتاژ و تاثیر منفی شارژ طولانی مدت
برخلاف باتری های قدیمی که با شارژ طولانی مدت «تقویت» می شدند، باتری های لیتیومی از حضور مداوم در ولتاژهای بالا صدمه می بینند. زمانیکه باتری به سطح ۱۰۰٪ شارژ می رسد، ولتاژ سلول به حداکثر خود (معمولاً حدود ۴.۲ ولت) بیشتر می شود. نگه داشتن باتری در این پتانسیل بالا برای چندین ساعت متوالی (مانند هشت ساعت مورد ادعا)، سبب اکسیداسیون الکترولیت و تخریب تدریجی کاتد می شود. به همین دلیل، متخصصان سفارش می کنند که برای افزایش طول عمر باتری، سطح شارژ در محدوده ۲۰٪ تا ۸۰٪ نگه داشته شود که به «بازه طلایی» مشهور است.
یکی از مهم ترین دلایلی که ادعای شارژ هشت ساعته را از لحاظ فنی بی مفهوم می کند، وجود مدار هوشمند مدیریت باتری (Battery\ Management\ System) در تمام گوشیهای مدرن است.
سیستم BMS شامل مجموعه ای از سنسورهای ولتاژ، جریان و دما، بهمراه آی سی های محافظ و ماسفت ها (MOSFETs) است که وظیفه نظارت ثانیه ای بر وضعیت باتری را بر عهده دارند. زمانیکه ولتاژ باتری به آستانه کامل (Overcharge\ Threshold) می رسد، BMS دستور قطع فیزیکی جریان را به ماسفت ها صادر می کند.
بنابراین، حتی اگر کاربر گوشی را برای هشت ساعت به شارژر متصل نگه دارد، پروسه انتقال انرژی بعد از حدود یک الی دو ساعت (بسته به توان شارژر) متوقف می شود. بعد از رسیدن به ۱۰۰٪، دستگاه وارد حالت «شارژ قطره چکانی» (Trickle\ Charge) یا توقف کامل می شود و انرژی مورد نیاز برای کارهای پس زمینه را مستقیماً از آداپتور دریافت می کند تا باتری در حالت استراحت بماند. در این وضعیت، باتری در عمل در پروسه شارژ نیست و ماندن آن در برق هیچ تاثیر مثبتی بر ظرفیت آن نخواهد داشت.
مطالعه دقیق راهنماهای رسمی و اسناد پشتیبانی شرکتهای بزرگ تولیدکننده موبایل، هرگونه نیاز به شارژ اولیه طولانی را رد می کند.
پروتکل های اپل برای آیفون
اپل در راهنمای کاربری آیفون ۱۵ و ۱۶، هیچ دستورالعملی بر اساس شارژ اولیه هشت ساعته عرضه نداده است. اپل تاکید می کند که باتری های لیتیوم-یون این شرکت در هر زمان که کاربر بخواهد قابل شارژ هستند و نیاز به تخلیه کامل یا شارژ طولانی برای بار اول ندارند. در حقیقت، آیفون ها با قابلیتی به نام «Optimized Battery Charging» عرضه می شوند که بطور تعمدی شارژ را در ۸۰٪ متوقف کرده و تنها زمانیکه کاربر به گوشی نیاز دارد (بر اساس الگوی خواب)، آنرا به ۱۰۰٪ می رساند تا از استرس ولتاژ بالا در ساعات طولانی جلوگیری نماید. این تکنولوژی دقیقاً نقطه مقابل ایده «هشت ساعت شارژ مداوم» است.
استانداردهای سامسونگ برای سری گلکسی
سامسونگ در راهنمای رسمی سری S۲۴ و گوشیهای میان رده خود، تنها به این نکته اشاره می کند که کاربر باید پیش از نخستین استفاده، گوشی را با شارژر مورد تایید سامسونگ شارژ کند تا از کارکرد صحیح آن اطمینان حاصل شود. سامسونگ بر مدیریت دما تاکید دارد و هشدار می دهد که ماندن طولانی مدت دستگاه در شارژر بعد از اتمام پروسه شارژ، خصوصاً در دماهای بالا، می تواند منجر به کاهش ظرفیت موثر باتری در طولانی مدت شود.
شیائومی و تکنولوژی های شارژ فوق سریع
شیائومی که امروزه گوشیهایی با شارژرهای ۹۰، ۱۲۰ و حتی ۲۰۰ واتی عرضه می کند، پروسه شارژ کامل را به کمتر از ۳۰ دقیقه رسانده است. در راهنمای کاربری مدل هایی نظیر Xiaomi\ ۱۴\ Ultra، صراحتاً ذکر شده است که دستگاه نباید بالاتر از ۱۲ ساعت به شارژر متصل بماند. این هشدار به علت پیشگیری از خطرات احتمالی افزایش دما و فشار بر روی سلول های با تراکم بالا صادر گردیده است که به وضوح سفارش برخی فروشندگان برای شارژ هشت ساعته را زیر سوال می برد.
با توجه به بررسی انجام شده، پروتکلهای زیر بعنوان جایگزین علمی برای باورهای قدیمی بازار پیشنهاد می شوند:
استفاده فورا بعد از خرید: گوشیهای جدید از لحظه خروج از جعبه آماده استفاده هستند. اگر میزان شارژ اولیه بالاتر از ۲۰٪ است، نیاز به اتصال فوری به شارژر نیست و کاربر می تواند به راه اندازی و نصب برنامه ها بپردازد. شارژ تا ۱۰۰٪ برای بار اول (اختیاری): به جهت اینکه سیستم عامل بتواند تخمین دقیق تری از ظرفیت باتری داشته باشد، سفارش می شود در نخستین نوبت شارژ، اجازه دهید باتری به ۱۰۰٪ برسد و سپس آنرا از برق جدا کنید. این کار نباید بالاتر از زمان معمول شارژ دستگاه (معمولاً ۱ تا ۲ ساعت) طول بکشد. پرهیز از دشارژ کامل: برعکس باتری های قدیمی، اجازه دادن به باتری لیتیومی برای رسیدن به صفر درصد و خاموش شدن دستگاه، به شدت مضر است. بهترین زمان برای اتصال به شارژر، زمانی است که سطح انرژی به حدود ۲۰٪ رسیده باشد. استفاده از تجهیزات استاندارد: همیشه از شارژر و کابل موجود در جعبه یا نسخه های تایید شده توسط تولیدکننده استفاده کنید. شارژرهای غیراستاندارد امکان دارد نوسانات ولتاژی ایجاد کنند که مدار BMS قادر به فیلتر کردن کامل آنها نباشد. حذف قاب محافظ در نخستین شارژ: برای اطمینان از دفع حرارت بهینه، سفارش می شود در حین شارژ (به ویژه اگر از شارژ سریع استفاده می شود)، گوشی را از قاب محافظ خارج کرده و بر روی یک سطح سخت و خنک قرار دهید.
منبع: elmend.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب