Без кота, как говорится, и жизнь не та. Но даже если у вас нет кота, то наверняка есть мобильный телефон.

Фото Екатерины Меховой.

Фото Максима Абаева.

Ставя на зарядку свой смартфон, мы обычно не задумываемся о нюансах процессов интеркаляции ионов лития в материал графитового анода. Нас волнует только то, как быстро зарядится телефон и сколько он на этом заряде проработает. А ещё желательно, чтобы и батарейка служила подольше. Ответственные производители аккумуляторов в целом об этом, конечно, знают и стараются делать их более долговечными. Но есть ли какие-то способы продлить жизнь аккумулятору сверх заложенного на заводе? Интернет пестрит разными советами. А что на этот счёт думают химики, которые эти самые аккумуляторы разрабатывают и исследуют?

Научных статей на тему долговечности литий-ионных аккумуляторов написано уже очень много, и регулярно выходят новые. Возьмём, к примеру, статью, где исследователи на испытательном стенде измерили, как меняется ёмкость сотни серийных литиевых аккумуляторных батарей при их длительной эксплуатации в разных условиях: при разной температуре и при разных значениях заряда/разряда. Например, если всё время заряжать аккумулятор только до 20% номинальной ёмкости, а разряжать до 0% или заряжать до 100%, а разряжать только до 80%? Или, к примеру, как меняется ёмкость аккумулятора, если его долго хранить разряженным либо, наоборот, полностью заряженным, заряжать большими токами или малыми и т. д.?

Если бы на основе одного теста можно было сделать однозначные выводы, не было бы и такого большого количества статей. Поэтому с выводами, действительно, всё непросто. Начнём с самого очевидного — с температуры. Литиевые батареи очень не любят холод. К слову, и жару они тоже не любят. Их идеальная рабочая температура лежит в интервале примерно 15—35°C. За пределами — более быстрая потеря ёмкости и ускоренная деградация. Как же тогда существуют, скажем, литий-железо-фосфатные или литий-титанатные аккумуляторы, у которых «по паспорту» рабочая температура от минус 30 до плюс 50? У аккумуляторов с разными материалами электродов и составом электролита может быть разная стабильность и разные рабочие характеристики. Но они не достаются просто так — за температурную устойчивость приходится «платить» большими габаритами и весом батарей. Вряд ли вам понравится, если батарея вашего телефона станет в три раза толще, во столько же раз тяжелее, а заряжать её придётся всё так же каждый день. Хотя для какого-нибудь источника бесперебойного питания на размер можно и закрыть глаза — главное, чтобы стабильно и долго работал хоть в жару, хоть в стужу.

Так что произойдёт с «обычным» литиевым (а если точнее, то литий-никель-марганец-кобальт-оксидным) аккумулятором, если его разрядить, затем хорошенько заморозить и после поставить на зарядку? Предположим, что вы вечером уронили телефон в снег, он всю ночь пролежал там и полностью разрядился, а утром вы его к превеликой радости нашли. Но увидев чёрный экран, тут же включили его на зарядку, чтобы проверить, живой ли ваш спасённый.

Если телефон достаточно «умный», то есть инженеры, проектировавшие его аккумуляторную часть, предусмотрели подобный сценарий и решили, что жизнь батарейки важнее, чем её сиюминутная зарядка любой ценой, то ничего страшного не произойдёт, и аккумулятор начнёт заряжаться тогда, когда отогреется до «безопасной» температуры. А если нет? Тогда на замёрзший аккумулятор, хочет он того или нет, будет подан ток от зарядного устройства. Ионы лития «побегут» от катода к графитовому аноду, и в норме они должны были бы быстро «прыгнуть» внутрь электрода, в пространство между графитовыми слоями (этот процесс называется интеркаляция). Но при низкой температуре проникновение лития внутрь графитового электрода происходит медленно, тогда как к поверхности электрода продолжают прибывать всё новые и новые ионы лития. Образуется «пробка», и на электроде начинает расти плёнка из металлического лития. Процесс этот часто необратимый, в том смысле, что осевший литий не возвращается потом обратно в электролит и навсегда «выходит из энергетической игры», а аккумулятор, соответственно, теряет ёмкость. Даже если его потом отогреть и десять раз перезарядить. Поэтому, например, аккумуляторы электромобилей во время морозов часть энергии тратят на обогрев самих себя — здесь цена несвоевременно «умершего» аккумулятора сопоставима с половиной стоимости машины. А вот в телефоне владелец, видимо, может и поменять батарейку, если по его вине случится «не гарантийный случай».

Так что если ваш мобильный гаджет по той или иной причине сильно замёрз, не стоит его, замёрзшего, сразу заряжать — дайте ему сначала согреться. Также не стоит заряжать девайсы в холодных помещениях или на улице на морозе — это может плохо сказаться на «здоровье» их аккумуляторов. И даже если какой-нибудь блогер снимет ролик о том, как он положил на ночь свой любимый новый «фон» в морозилку и тот продолжил работать как ни в чём не бывало, — не надо брать с него пример. Во-первых, в разных аккумуляторах может быть разная «химическая» начинка — какие-то более морозостойкие, какие-то менее, где-то более «умная» электроника, оберегающая батарею, где-то её нет. А, во-вторых, работа в экстремальных условиях всё равно скажется на ресурсе — батарейка смартфона раньше подойдёт к концу своего жизненного пути: на месяцы, а может, и на год-другой.

Теперь перейдём к вопросам, как и сколько заряжать «литий». Здесь на «здоровье» аккумулятора будут влиять как минимум два фактора: при какой степени заряда происходит зарядка (то есть вы, например, заряжаете полностью разряженный аккумулятор, или только наполовину разряженный, или почти полностью заряженный) и сколько времени аккумулятор находится в состоянии с конкретным уровнем заряда. Сюда можно ещё приплюсовать скорость зарядки — насколько она быстрая. Ускоренная деградация за счёт разных химических процессов проходит как при зарядке, так и при длительном пребывании аккумулятора в состоянии с зарядом, близким к 0 или 100%. То есть аккумулятор, заряд которого большую часть времени находится в интервалах примерно 0—20% или 80—100%, будет быстрее терять свою ёмкость, чем аккумулятор, «живущий» с зарядом в интервале 20—80%. Поэтому советы ограничивать программно степень заряда литий-ионного аккумулятора телефона примерно 80% не лишены здравого смысла. Ещё важен тот факт, что, скажем, однократная зарядка аккумулятора от 0 до 100% хуже скажется на его потенциальном долголетии, чем двукратная от 30 до 80%. Разумеется, негативный эффект будет заметен не через десять или сто циклов, а через несколько сотен, ближе к концу срока эксплуатации. Если говорить о смарт-фонах, то для контроля степени заряда аккумулятора существуют как штатные средства, так и разные приложения, позволяющие попытаться подготовить вашу батарейку к «марафонской дистанции».

Стоит ещё остановиться на таком вопросе, как прогнозирование срока службы аккумулятора. «Смерть» аккумулятора «от старости» происходит довольно неожиданно: буквально вчера он был ещё ничего и позволял худо-бедно пользоваться устройством почти целый день, а сегодня его заряд тает практически на глазах. Это связано с нелинейным характером старения батареи. В начале своей жизни аккумулятор медленно и очень равномерно теряет свою ёмкость. Условно говоря, если за первые полгода она упала на 1%, то за вторые полгода она снизится на столько же. Но после какого-то числа циклов заряда/разряда аккумулятор как будто идёт вразнос. Можно провести аналогию с пологим морским дном, которое на некотором расстоянии от берега резко переходит от лазурного мелководья к тёмно-синей глубине. Вот в предсказании этого «перелома» и состоит основная сложность. Как в процессе эксплуатации аккумулятора максимально точно узнать, сколько ему осталось? Из-за того, что на это влияет множество факторов и все они влияют друг на друга, до сих пор моделирование «старения» литий-ионного аккумулятора — сложная научная задача. Если для аккумулятора телефона точность модели не столь критична, то для аккумуляторов электромобилей это и вопрос экономики — превратится ли электромобиль в «недвижимость» через пару лет или уже через пару месяцев, и вопрос безопасности — когда аккумулятор уходит в крутое пике, он может стать источником опасности.

Несмотря на усилия химиков и инженеров по развитию технологий литий-ионных аккумуляторов, их ёмкость и другие характеристики растут, может быть, не так быстро, как хотелось бы. Чтобы аккумуляторы стали лучше по всем параметрам, приходится терпеливо ждать лет по десять, да и присущие им недостатки полностью пока не исчезают. Поэтому весьма вероятно, что в ближайшие годы питать наши мобильные устройства всё так же будут примерно такие же аккумуляторы, как и сейчас. И советы по их эксплуатации в целом останутся теми же. Чтобы что-то поменялось кардинально, в технологии батарей должна произойти настоящая химическая революция.

В дополнение к инструкции

«Активное долголетие» для литиевых аккумуляторов

Чем меньше аккумулятор переживёт полных циклов заряда/разряда, тем дольше он сохранит свою ёмкость. Решающее значение имеет количество именно полных циклов: например, два заряда от 0 до 50% и от 50 до 100% считаются как один полный цикл заряда.

Не стоит заряжать мобильные устройства на морозе или под палящим солнцем. Аккумулятор, как и человек, «любит» комнатную температуру.

Не оставляйте устройство на длительное время с полностью заряженным или полностью разряженным аккумулятором. Если вы планируете положить гаджет «на полку», зарядите его на 80% и выключите.

В любом случае лучше придерживаться баланса между комфортом использования устройства и его долговечностью.

№1, 2025