Когда на улице холодно, техника может подвести в самый неподходящий момент. Полностью заряженная батарейка гаджета вдруг оказывается почти на нуле.
Как работает батарейка
Чтобы понять, почему холод так влияет на батарею, полезно сначала разобраться, как она создает электричество. Если говорить простыми словами, батарейка — это маленький химический завод, превращающий энергию химических реакций в электрический ток.
Представьте себе устройство, которое состоит из двух «полюсов» — отрицательного (анод) и положительного (катод). Между ними находится специальное вещество — электролит (жидкий, гелевый или полимерный). Он действует как «химический посредник»: не позволяет электронам пройти напрямую, но позволяет перемещаться между электродами заряженным частицам — ионам.
Работает это так:
Начинается реакция. При подключении нагрузки (например, лампочки или смартфона) на аноде запускается химическая реакция окисления. В ходе нее высвобождаются электроны — крошечные носители электрического заряда. Электроны бегут по цепи. Эти свободные электроны стремятся попасть на катод, но не могут сделать это напрямую через электролит. Поэтому они отправляются в «обходной путь» — по внешней электрической цепи, питая подключенное устройство. Так возникает электрический ток, который мы и используем. Баланс поддерживается ионами. Чтобы реакция не остановилась и баланс заряда не нарушился, в это же время через электролит к аноду движутся положительно заряженные ионы. Это сохраняет внутреннюю химическую систему в равновесии.
Проще говоря, внутри батарейки постоянно идет контролируемая химическая реакция, которая «выталкивает» электроны в одну сторону, создавая поток электричества. Когда активные вещества на электродах израсходуются, реакция останавливается — батарейка «садится». В перезаряжаемых аккумуляторах этот процесс обратим: при зарядке мы пропускаем ток в обратном направлении, что возвращает химические соединения в исходное состояние.
Именно эта тонкая химическая «механика» и оказывается уязвима на морозе. Все описанные процессы — скорость реакций, движение ионов и электронов — сильно зависят от температуры.
Почему на холоде батарейка быстро садится
При низких температурах электролит густеет и может кристаллизироваться, что уменьшает площадь его контакта с электродами. Следовательно, уменьшается скорость химических реакций окисления и восстановления.
Это не просто поверхностное изменение — на молекулярном уровне ионам, переносящим заряд, становится крайне сложно двигаться через застывшую среду. В результате внутреннее сопротивление батареи резко возрастает, а напряжение падает.
Контроллер устройства, фиксируя это падение, и сигнализирует о разрядке, хотя фактический заряд (химическая энергия) еще сохранен. Исследования показывают, что при -18 °C емкость литий-ионного аккумулятора может упасть примерно вдвое, а при -40 °C — до 10-12% от номинала.
«Однако не стоит думать, что на морозе батарея сразу сядет. Просто сократится продолжительность ее работы. Если батарею с минимальным, казалось бы, зарядом перенести из холода в тепло, она еще поработает некоторое время. А вот зарядка батареи на холоде может привести к тому, что она выйдет из строя. На сей раз насовсем», — поясняет Константин Пушница, к. т. н.
При попытке зарядить холодный аккумулятор ионы лития не успевают корректно встроиться в кристаллическую решетку электрода. Этот процесс необратимо снижает емкость и даже создает риск короткого замыкания или возгорания.
Какие батареи лучше переносят холод
Устойчивость к морозу напрямую зависит от химического состава элемента. Самые распространенные щелочные (алкалиновые) батарейки в пультах или часах теряют около половины емкости уже при -20 °C, а при -30 °C становятся практически бесполезны.
«Для литий-ионных рабочая зона колеблется от +2 до +25 °С, для литий-полимерных — от –20 до +35 °С, но такие батареи стоят дороже», — добавляет эксперт.
Электролит последних лучше противостоит загустеванию. Для экстремальных условий, например, в телекоммуникационном оборудовании на севере или в специальной технике, существуют специализированные решения. Литий-титанатные аккумуляторы способны работать при температурах до -50 °C без катастрофической потери емкости, но стоят они еще дороже.
Как пережить зиму с гаджетом
Зная физику процесса, можно сформулировать простые, но эффективные правила зимней эксплуатации.
Хранить в тепле и согревать постепенно. Лучший способ сохранить заряд — держать устройство во внутреннем кармане куртки. Если гаджет все же замерз, дайте ему согреться при комнатной температуре естественным образом, не кладя на батарею отопления. Резкий перепад может вызвать образование конденсата внутри корпуса. Заряжать исключительно в тепле. Перед подключением к розетке устройство должно обязательно прогреться до положительной температуры. Экономьте ресурсы на морозе. Перед выходом отключить фоновые службы (GPS, Wi-Fi, Bluetooth), закрыть ненужные приложения, активировать режим энергосбережения. Это снизит нагрузку на «засыпающую» батарею. Правильно хранить резервные элементы. Идеальные условия — сухое место с комнатной температурой около +20 °C. Есть ли морозоустойчивые батарейки
Научный поиск в области создания морозоустойчивых источников энергии идет полным ходом. Одно из самых интересных направлений — разработка самонагревающихся аккумуляторов. В их конструкцию встроена тонкая никелевая фольга. При включении в холодную погоду ток за доли минуты равномерно прогревает внутренности элемента до оптимальной рабочей температуры, после чего начинается нормальная зарядка или отдача энергии. Такие батареи уже проходят испытания в электромобилях для северных регионов и могут эффективно функционировать при -43 °C.
Другое перспективное направление — изменение химии самих элементов. В 2021 году российские ученые из Института физической химии и электрохимии РАН добились высокой эффективности при -50 °C, создав анод из нанопроволок германия. А их китайские коллеги разработали принципиально новый электролит, который не теряет ионной проводимости даже при -80 °C.
Пока это дорогие лабораторные образцы, но их технологии в перспективе могут обеспечить работу спутников, полярного и высокогорного оборудования, а со временем, возможно, дойти и до наших смартфонов.
Материал впервые опубликован в 2019 году, обновлен в 2022 и 2025.
Почему на всех континентах разные розетки
Читайте «Мою Планету» в Telegram