Можно ли заряжать устройство на холоде и существуют ли аккумуляторы, которым не страшны низкие температуры.
Зимой техника нередко подводит именно тогда, когда она особенно нужна. Смартфон, еще недавно показывавший полный заряд, на улице внезапно сообщает о критическом уровне батареи. Такое поведение кажется загадочным, но у него есть вполне конкретные физические причины.
Спасибо за подписку!
Как батарейка вырабатывает электричество
Любая батарейка представляет собой миниатюрную химическую фабрику, задача которой заключается в преобразовании энергии химических реакций в электрический ток. Именно за счет этого процесса работают смартфоны, фонарики и другая портативная техника.
Внутри батареи находятся два электрода. Отрицательный называется анодом, положительный катодом. Между ними размещен электролит, который может быть жидким, гелевым или твердым полимерным. Его роль заключается в том, чтобы препятствовать прямому прохождению электронов, но при этом обеспечивать движение заряженных частиц, ионов.
Механизм работы выглядит следующим образом.
Запуск реакции. Когда устройство включается и появляется нагрузка, на аноде начинается химическая реакция окисления. В ходе этого процесса высвобождаются электроны, являющиеся носителями электрического заряда.
Движение электронов. Освободившиеся электроны стремятся попасть к катоду, но не могут пройти через электролит напрямую. Поэтому они движутся по внешней электрической цепи, питая подключенное устройство.
Так формируется электрический ток. Поддержание баланса. Чтобы система оставалась стабильной, через электролит одновременно перемещаются положительно заряженные ионы. Они компенсируют перенос заряда и позволяют реакции продолжаться.
Проще говоря, внутри батарейки постоянно идет управляемая химическая реакция, которая направляет поток электронов в одну сторону. Когда активные вещества на электродах истощаются, процесс прекращается, и батарея разряжается. В аккумуляторах этот механизм обратим. Во время зарядки ток идет в противоположном направлении, восстанавливая исходное химическое состояние элементов.
Именно эта сложная и тонко сбалансированная система особенно чувствительна к понижению температуры. Скорость реакций и подвижность ионов напрямую зависят от тепла.
Почему холод ускоряет разряд
При снижении температуры электролит становится более вязким, а иногда частично кристаллизуется. Это уменьшает площадь контакта с электродами и замедляет реакции окисления и восстановления.
На уровне молекул ситуация выглядит еще сложнее. Ионам, которые переносят заряд, становится трудно перемещаться через загустевшую среду. Внутреннее сопротивление батареи возрастает, а рабочее напряжение падает. Электроника устройства фиксирует это падение и воспринимает его как разряд, хотя часть химической энергии все еще остается внутри элемента.
Экспериментальные данные подтверждают этот эффект. При температуре около минус 18 градусов емкость литий-ионного аккумулятора может снизиться примерно на 50 процентов. При минус 40 градусах доступным остается всего около 10–12 процентов от номинального значения.
Как отмечает кандидат технических наук Константин Пушница, холод не уничтожает заряд мгновенно. Он лишь сокращает время работы. Если устройство с почти нулевым зарядом занести в тепло, оно может снова включиться. А вот попытка зарядить холодный аккумулятор представляет реальную опасность.
При зарядке на морозе ионы лития не успевают корректно встроиться в кристаллическую структуру электрода. Это приводит к необратимому снижению емкости и повышает риск внутреннего замыкания или даже возгорания.
Какие батареи лучше переносят мороз
Устойчивость к холоду напрямую определяется химическим составом источника питания. Обычные щелочные батарейки, используемые в пультах и часах, при минус 20 градусах теряют около половины своей емкости. При более низких температурах они практически перестают работать.
Литий-ионные аккумуляторы наиболее комфортно чувствуют себя в диапазоне от +2 до +25 градусов. Литий-полимерные варианты способны функционировать при температурах до минус 20 градусов и даже ниже, но стоят заметно дороже. Их электролит менее подвержен загустеванию.
Для экстремальных условий применяются специализированные решения. Например, литий-титанатные аккумуляторы сохраняют работоспособность даже при минус 50 градусах без критической потери емкости. Однако высокая стоимость ограничивает их массовое использование.
Как пользоваться гаджетом зимой
Понимание физических процессов позволяет сформулировать простые правила, которые помогут сохранить заряд в холодное время года.
Храните устройство ближе к телу. Лучший вариант это внутренний карман куртки, где температура выше уличной.
Давайте гаджету согреться естественно. Если устройство замерзло, не стоит класть его на батарею или использовать фен. Резкий нагрев может вызвать образование конденсата внутри корпуса.
Заряжайте только в тепле. Перед подключением к сети аккумулятор должен прогреться до положительной температуры.
Снижайте нагрузку. Перед выходом на улицу отключайте фоновые службы, беспроводные модули и активируйте режим энергосбережения.
Храните запасные батареи правильно. Оптимальные условия — сухое место при температуре около +20 градусов.
Существуют ли морозоустойчивые батарейки
Исследования в области холодостойких источников энергии активно продолжаются. Одним из перспективных направлений стали самонагревающиеся аккумуляторы. Внутри таких элементов размещена тонкая никелевая фольга.
- При включении в мороз ток за короткое время равномерно прогревает батарею до рабочей температуры, после чего она начинает нормально отдавать или принимать заряд. Подобные решения уже тестируются в электромобилях для северных регионов и работают при температурах около минус 43 градусов.
Другой путь развития связан с изменением химии элементов. В 2021 году ученые из Института физической химии и электрохимии РАН создали анод из нанопроволок германия, показавший высокую эффективность при минус 50 градусах. Исследователи из Китая разработали электролит, сохраняющий ионную проводимость даже при минус 80 градусах.
Пока подобные технологии остаются лабораторными и дорогостоящими. В перспективе они могут обеспечить энергией спутники, полярное оборудование и технику для высокогорных районов. Со временем эти разработки вполне могут дойти и до обычных смартфонов