Baterie nikdy nefunguje lépe než při prvním nabití. Je to v jejich povaze:
Ne že by neexistovaly věci, které můžeme udělat pro to, aby baterie lépe držely svůj náboj, jak nám rádi poradí odborníci jako Venkat Srinivasan. „Nepoužívejte notebook jako stolní počítač,“ říká. „Když je plně nabitý, vytáhněte zástrčku ze zásuvky. Baterie už je nabitá a my stále trváme na tom, že budeme nabíjet víc a víc.“
Když to říkal, nemohl jsem si pomoct a nervózně jsem se podíval na notebook, na který jsem zuřivě přepisoval jeho slova. Samozřejmě že byl zapojený. Samozřejmě, že to tak bylo přinejmenším od včerejška, a samozřejmě, že to, co kdysi vydrželo na baterie alespoň několik hodin, teď pravděpodobně vydrželo nanejvýš půl hodiny bez připojení. Doufejme, že Srinivasan nepoznal mou špatnou správu baterií jen z rozhovoru se mnou.
Srinivasan je jedním z hlavních výzkumníků zkoumajících vědu o bateriích v Argonne National Laboratory, která se nachází půl hodiny jihozápadně od Chicaga. Zná všechny triky, jak zabránit tomu, aby baterie telefonu nebo notebooku ztratila schopnost udržet náboj. Hlavním tajemstvím je podle něj nikdy nenabíjet zařízení až do úplného vybití.
„Nejlépe uděláte, když se nabijete na 70 nebo 80 procent, nepůjdete nad tuto hodnotu a budete se držet tak nějak v tomto rozmezí,“ říká. Důvod této rady spočívá v chemické struktuře lithium-iontové baterie, která pohání většinu spotřební elektroniky a stále častěji i elektromobily. Nabíjení a vybíjení baterie může způsobit, že se její materiály rozpínají a smršťují, což celou baterii zatěžuje a zkracuje její životnost.
Pokud necháte baterii telefonu běžet, dokud se nevybije, a pak ji znovu nabijete až na 100 %, může mít jen několik set cyklů, než přestane fungovat. Podle Srinivasanových výpočtů by někdo, kdo by se absurdně snažil udržovat výkyvy baterie na nepatrné úrovni – řekněme mezi 75 a 78 procenty – mohl vyždímat až 300 000 cyklů.
Srinivasan přiznává, že takováto precizní správa baterie bude pro většinu lidí téměř jistě více starostí, než užitku, a proto doporučuje jednodušší přístup, jak udržet baterie nabité.
Pokud odhlédneme od konstrukčních problémů, proč je pro baterii tak škodlivé udržovat ji plně nabitou, nebo ji dokonce jen zcela nabít?
Odpověď spočívá v nelítostném, nestálém mikroskopickém prostředí uvnitř těchto přenosných energetických zařízení. Již od prvního nabití svádějí baterie předem prohraný boj s vlastní chemií.
Nabíjecí baterie, jako jsou ty v telefonu nebo notebooku, generují elektrický proud pohybem nabitých částic neboli iontů prvku lithia mezi elektrodami – proto jim říkáme lithium-iontové baterie.
Při vybíjení baterie se částice pohybují od záporné elektrody ke kladné elektrodě, známé také jako anoda, resp. katoda. Při nabíjení se tento proces obrací. V lithium-iontových bateriích je anoda obvykle vyrobena z elektricky vodivé uhlíkové sloučeniny, jako je grafit, zatímco katoda je vyrobena ze sloučeniny na bázi lithia, která může absorbovat a uvolňovat ionty lithia.
Tady začíná problém, pokud například telefon necháte zapojený celou noc. Ionty reagují s katodou v chemickém procesu zvaném oxidace, který spotřebuje část lithia v baterii. Čím déle tyto reakce probíhají, tím více částic potřebných k udržení proudu baterie se ztrácí. Vybití částic netrvá tak dlouho, což znamená, že se baterie vybíjí mnohem rychleji než dříve. Problém se může zhoršit, pokud je baterie nabíjena příliš rychle, což také snižuje její kapacitu.
Baterie čelí nebezpečí nejen při přebíjení, protože chemické prostředí neúprosně degraduje, i když vždy dáváte dokonalý pozor na to, kdy telefon odpojit od sítě.
„U iontů lithia se některé z nich ztratí,“ vysvětlil materiálový vědec Michael Toney, výzkumník z Národní urychlovací laboratoře SLAC poblíž Stanfordovy univerzity. „Uvíznou v místech, kde už nejsou schopny se přemisťovat zpět mezi anodou a katodou. Části anody nebo katody se elektronicky odpojí od sběrače proudu. To je ta část baterie, která shromažďuje elektrony, které běhají tam a zpět při nabíjení a vybíjení baterie.“
Lithiové ionty putují mezi elektrodami prostřednictvím tekutých chemikálií zvaných elektrolyty. Tyto elektrolyty jsou pro celý provoz nezbytné, ale také v nich probíhají reakce s anodou, které zkracují životnost baterie.
„Příroda bohužel chce, aby k této reakci došlo, takže k ní dojde,“ řekl Srinivasan. Jediné, co mohou konstruktéři baterií dělat, je snažit se tuto reakci omezit na minimum. „Ale není to dokonalé. Vrátí se vám to.“
Přesto, jakkoli mohou být lithium-iontové baterie vybíravé, většina lidí si pravděpodobně příliš velkého problému nevšimne, jednoduše proto, že nemají svůj telefon nebo notebook tak dlouho, aby se situace s nabíjením stala skutečně vážnou. Možná se dostaví téměř podvědomá rezignace, že ano, je čas to prostě vzdát a používat notebook jako trvale připojený stolní počítač, nebo nejasný pocit, že váš telefon zřejmě nemá zdaleka takovou výdrž baterie, jaká byla inzerována. Ale pokud si neplánujete elektroniku ponechat mnohem déle než tři roky, nebude to tak velký problém.
A co elektromobily, které jezdí na mnohem větší verze podobných lithium-iontových baterií? Většina lidí, kteří vyhodí více než 70 000 dolarů za automobil Tesla, bude chtít, aby tato baterie vydržela nabitá několik let, možná dokonce deset let nebo déle. Když už nic jiného, elektromobily představují jedinečné problémy při správě nabíjení, které domácí elektronika nemá.
„Obvykle, když sešlápnete plynový pedál, chcete, aby auto adekvátně zareagovalo,“ řekl Toney. „Takže to může baterii po krátkou dobu velmi silně pohánět. To není typický druh vybíjení, s jakým se setkáte u notebooku nebo mobilního telefonu.“
Kromě běžného používání jsou všechny baterie citlivé na kolísání teploty, přičemž některé baterie telefonů nebo notebooků jsou naprogramovány tak, aby se automaticky vypnuly, pokud se příliš zahřejí. Baterie Tesla, která zhruba odpovídá 8 000 baterií mobilních telefonů, se může během používání zahřát mnohem více. A je možné, že nabíjecí stanice bude na chladném místě, čímž vznikne potenciálně nebezpečný teplotní výkyv.
Je tu také otázka, jak rychle se musí elektromobil nabíjet. Prozatím se mnoho řidičů elektromobilů spokojí s nabíjením svého vozidla přes noc, což znamená, že baterie vozu se může nabíjet bezpečně a pomalu. Jakákoli budoucí infrastruktura pro elektromobily však bude potřebovat obdobu čerpacích stanic – místa, kde mohou řidiči na dlouhých cestách doplnit palivo.
„V ideálním případě bychom chtěli, aby se elektromobily nabily za dobu blížící se 15 minutám, což je v okamžiku, kdy si představíte, že někdo zastaví u dobíjecí stanice, zajde si na záchod, napije se a je nabitý a připravený vyrazit,“ řekl Toney. „To spotřebovává hodně energie a baterie to zatím nejsou schopny zvládnout. Nenabijí se na plnou kapacitu. Pokud se pokusíte baterii dobíjet takovou rychlostí, rychle selže.“
Lithium-iontová baterie je pozoruhodný vynález, který pomáhá pohánět technologickou revoluci v tom, jak používáme počítače, telefony a nakonec i auta. Ale stejná vnitřní chemie, která je činí tak ideálními pro napájení našich nepostradatelných zařízení, také znamená, že jejich čas je ze své podstaty omezený.
Zajistit, aby baterie vydržely nabité déle, je jedním z mnoha zásadních problémů, s nimiž se vědci zabývající se bateriemi snaží vypořádat, ať už to znamená vylepšit již existující nastavení, nebo vytvořit něco nového a lepšího.
Pokud budeme čekat, zvažte, zda se řídit Srinivasanovou radou: „Alespoň nenechávejte notebook připojený k síti!“ Tedy alespoň pro ty z nás, kteří si ještě zcela nezničili životnost baterie svého počítače.