Czy ładowanie telefonu do 80 proc. ma sens? Na te i inne pytania odpowiedział nam naukowiec

Doszliśmy do ciekawego etapu na rynku smartfonów, gdzie częściej niż same smartfony wymieniamy baterie. Wymieniamy albo same baterie, pozostając przy tym samym urządzeniu przez kilka lat, lub idziemy trochę droższą drogą i wymieniamy dotychczasowy smartfon na nowe urządzenie "no bo skoro mam wymienić baterię, to dołożę trochę i kupię nowy smartfon". Tak więc nietrudno się dziwić, że najlepszym sposobem, by uniknąć dodatkowych kosztów związanych z wymianą baterii, jest po prostu dbanie o jej dobrą kondycję.

O ile każdy z nas wie, jak dbać o smartfon by jego obudowa nie skończyła jak iPhone 15 redakcyjnego kolegi Mateusza Nowaka, to dobre praktyki wokół tajemniczych fizyczno-chemicznych bytów, jakim są akumulatory naszych smartfonów, wciąż stanowią zagadkę. To z kolei przyczyniło się do powstania wielu mitów i mniej lub bardziej użytecznych porad, które poddaliśmy ocenie doktora Michała Krajewskiego z Uniwersytetu Warszawskiego.

Skontaktowaliśmy się z doktorem Michałem Krajewskim z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, ekspertem w dziedzinie elektrochemii, szczególnym zainteresowaniem darzącym baterie litowo-jonowe i sodowo-jonowe, obecnie będąc kierownikiem projektu badawcznego finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki. Przez ostatnią dekadę doktor Krajewski opublikował kilkanaście prac badawczych na temat baterii litowych oraz posiada w sumie cztery patenty i zgłoszenia patentowe dotyczące baterii.

Na codzień dr Michał Krajewski prowadzi badania w Pracowni Elektrochemicznych Źródeł Energii na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, gdzie wraz z zespołem badawczym bada zarówno ogniwa litowe, sodowo-jonowe, kwasowo-ołowiowe, jak i układy magazynujące wodór.

Rozmowę z serwisem Spider's Web naukowiec rozpoczął od wyjaśnienia krok po kroku wszystkich aspektów działania, budowy i ładowania baterii litowo-jonowych.

Głównym elementem konstrukcji baterii litowo-jonowej są dwie elektrody: ujemna i dodatnia. By uniknąć zwarcia pomiędzy elektrodami, oddzielone są one separatorem. Z kolei separator nasączony jest elektrolitem - zamyka on obwód elektryczny, ale i zapewnia transport ładunku elektrycznego pomiędzy elektrodami. Na każdej z elektrod, podczas pracy baterii zachodzą elektrochemiczne procesy utleniania i redukcji. Dzięki tym procesom energia z baterii może być uwalniana (zapewniając np. smartfonowi potrzebny prąd) lub przechowywana (ładowanie baterii).

Baterie konstruowane są przy ściśle określonym potencjale elektrycznym elektrod - osobnym dla każdego z ogniw (bo te reprezentują dwa przeciwne bieguny: dodatni i ujemny). Różnica potencjału prowadzi do powstawania napięcia, a to z kolei pożądanego dla nas prądu.

Jak wyjaśnia doktor Krajewski, zrozumienie budowy i działania baterii litowo-jonowej to połowa sukcesu. Bo drugą połowę stanowi zrozumienie procesu ładowania baterii.

Po podłączeniu do telefonu ładowarki, na elektrodzie dodatniej rozpoczyna się proces utleniania - wzrasta jej potencjał elektryczny. Natomiast na elektrodzie ujemnej zachodzą procesy redukcji - jej potencjał się obniża. To z kolei zwiększa napięcie w całej baterii, co prowadzi do zmagazynowania w niej energii pochodzącej z ładowania.

Gdy bateria się rozładowuje, my widzimy to jako ubywający pasek i dramatyczne powiadomienia. Z perspektywy doktora Krajewskiego dochodzi po prostu do odwrotnego procesu: napięcie w całym układzie (baterii) się obniża, bo urządzenie spożytkowało energię zmagazynowaną w ogniwie.

Z perspektywy przeciętnego użytkownika smartfona (lub jakiegokolwiek innego urządzenia zasilanego baterią litowo-jonową) jesteśmy świadkami dwóch procesów: ładowania i rozładowywania się akumulatora. Jednak jak wyjaśnia naukowiec, ze względu na obecność w baterii wielu związków chemicznych, mogą w nich zachodzić także procesy uboczne wpływające niekorzystnie na komponenty ogniwa.

Na elektrodzie ujemnej znajdziemy przede wszystkim grafit, z kolei na elektrodzie dodatniej królują tlenki metali przejściowych - głównie kobaltu, niklu i manganu. Podczas ładowania baterii to właśnie te pierwiastki i związki chemiczne są najbardziej narażone na występowanie procesów ubocznych.

W przypadku grafitu procesem ubocznym jest - zamiast akumulacji litu wewnątrz elektrody grafitowej - osadzanie się litu na powierzchni elektrody grafitowej. W ten sposób lit się zużywa i nie jest w stanie dalej transportować ładunku elektrycznego.

Z kolei w przypadku tlenków metali przejściowych wzrastający podczas ładowania potencjał może prowadzić do jednego z dwóch procesów. Pierwszym jest wydzielanie tlenu z materiału elektrodowego, co może prowadzić do rozszczelnienia i rozerwania baterii. Drugim procesem, jeżeli potencjał elektrody dodatniej osiągnie zbyt dużą wartość, jest rozpoczęcie rozkładu samego elektrolitu. Rozpad ten powoduje wydzielanie się gazów, które mogą mechanicznie uszkodzić ogniwo, a przy kontakcie z powietrzem wywołać zapłon.

Biorąc pod uwagę specyfikę budowy i działania baterii, każdy z czynników takich jak np. sposoby eksploatacji urządzenia, specyfika eksploatacji (np. jasność ekranu podczas wykonywania tych samych czynności), temperatura eksploatacji czy praktyki stosowane przy ładowaniu urządzenia ma wpływ na żywotność baterii. Jednocześnie doktor Michał Krajewski nie był w stanie określić, który z nich przeważa, bowiem jego zdaniem "wszystko będzie zależało od ogólnego sposobu użytkowania urządzenia".

Jego zdaniem ładowanie baterii powyżej 80 proc. "może w pewnych warunkach doprowadzać do uszkodzenia baterii". Badacz odpowiadając na nasze pytanie dotyczące słuszności włączania opcji ochrony baterii - przeciwdziałaniu ładowania akumulatora do 100 proc. dostępnych w niektórych smartfonach, odwołał się do procesów ubocznych będących wynikiem nadmiernego ładowania baterii.

Co więcej, efekty nadmiernego ładowania będą się dawać we znaki tym szybciej, im dłużej pozostawiamy telefon naładowany. Najprostszym przykładem długiego ładowania jest pozostawianie telefonu do ładowania na noc. W większości smartfonów ok. dwie godziny wystarczą na naładowanie telefonu od 0 do 100 proc., pozostawiając ok. 5-6 godzin na rozpoczęcie się procesów ubocznych.

Może zainteresować cię także:

W tandemie z poradą o zaprzestaniu ładowania powyżej 80-90 proc., zwykle znajdziemy także poradę by "nie rozładować telefonu poniżej 20 proc.". Tu dla wielu osób zaskoczeniem może być fakt, że nasz rozmówca nie zgadza się z tym podejściem.

Doktor Krajewski sugeruje, że ładowarkę powinno podłączać się po "pełnym lub prawie pełnym" rozładowaniu akumulatora".

W rozmowie poruszyliśmy także kwestię szybkiego ładowania, która nie raz i nie dwa była elementem marketingu wielu smartfonów i co tu dużo mówić: z perspektywy użytkownika im mniej czasu urządzenie jest przywiązane kablem do ściany, tym lepiej. To z perspektywy elektromagnetycznej nie jest aż tak proste, bo za kostki łapie nas prawo Ohma.

Bezpośrednią konsekwencją prawa Ohma oraz faktu, że ładunki w materiałach poruszają się ze skończoną prędkością, jest to, że im większym natężeniem prądu próbujemy ją naładować, tym mniejszą ilość ładunku jesteśmy w stanie zmagazynować w akumulatorze. Biorąc to pod uwagę - jak wyjaśnia naukowiec - w smartfonach i innych urządzeniach przenośnych producenci instalują jednostki BMS (Battery Management System, System Zarządzania Baterią), które kontrolują zarówno napięcie baterii, jak i natężenie prądu pobierane bądź dostarczane do urządzenia.

Dzięki zastosowaniu BMS baterie smartfonów i innych urządzeń przenośnych są w stanie w większym stopniu nie odczuć negatywnych skutków szybkiego ładowania. To także dzięki BMS możliwe jest całkowite wyłączenie szybkiego ładowania z poziomu ustawień niektórych smartfonów.

Jednocześnie nie oznacza to, że szybkie ładowanie jest całkowicie bezbolesne dla baterii. Pamiętajmy, że szybkie ładowanie przesyła więcej energii. Więcej energii to większe temperatury, a te już są bezpośrednio szkodliwe dla baterii.

Inną poradą, z którą często można się spotkać to unikanie korzystania z telefonu podczas ładowania. O ile sprawdzenie godziny, nieprzeczytanych powiadomień czy szybkie wykonanie połączenia raczej nie skrzywdzi naszej baterii, co w przypadku długiej sesji przewijania Instagrama w oczekiwaniu na magiczne 80 proc. na pasku stanu lub łapanie Pokemonów z powerbankiem w kieszeni?

Tu ponownie do akcji wkracza system BMS, dzięki któremu obwód elektryczny łączący baterię z urządzeniem jest przerywany i akumulator jest podłączony wyłącznie do prądu. Jednocześnie BMS przełącza samo urządzenie na osobny obwód, dzięki czemu każda akcja na telefonie której dokonujesz podczas ładowania jest de facto zasilana przez prąd z gniazdka lub powerbanku. Jak wyjaśnia badacz, sam proces ładowania jest odizolowany i nie powinien być zaburzony przez użytkowanie urządzenia.

Jednocześnie nie oznacza to, że użytkowanie urządzenia podczas ładowania jest całkowicie wolne od grzechu. Tu ponownie kłania nam się potencjalny wzrost temperatury baterii, który działa szkodliwie na ogniwo.

Tak więc użytkowanie telefonu podczas jego ładowania nie jest aż tak szkodliwe, o ile będziemy unikać szybkiego ładowania, zadań mogących doprowadzić do zwiększenia temperatury układu (np. intensywnej sesji z aplikacjami i grami) i odłączymy ładowarkę zanim osiągnie 100 proc. stanu - a najlepiej gdy osiągnie 80 proc.

Wydawać by się mogło, że porzucenie kabla i zastosowanie wciąż stosunkowo nowego ładowania bezprzewodowego to obciążenie dla baterii. W rzeczywistości jest trochę inaczej.

Bezprzewodowe ładowanie akumulatorów działa na zasadzie zjawiska indukcji Faradaya, gdzie zmienne pole magnetyczne generuje w przewodnikach przepływ prądu przemiennego. W sieci elektrycznej również mamy prąd przemienny, a żeby naładować baterię wymagany jest przepływ prądu stałego. Jedną z ról ładowarek, oprócz oczywistego dostarczenia baterii energii elektrycznej, jest zmiana prądu przemiennego na prąd stały - mówiąc kolokwialnie są "prostownikami" prądu.

Prawdziwym fenomenem końcówki lat 90. i początku lat dwutysięcznych było formatowanie baterii. I niech pierwszy rzuci kamieniem ten, komu konsultant w salonie Ery nie powiedział wprost o "trzykrotnym rozładowaniu do zera i naładowaniu do 100 proc. baterii telefonu". Ten trik nie był zabobonem ani mitem, a prawdziwą praktyką pozytywnie wpływającą na czas eksploatacji baterii telefonu.

Słowo klucz: był. Bowiem obecnie w smartfonach stosowane są baterie litowo-jonowe, podczas gdy w starych telefonach komórkowych można było znaleźć baterie niklowo-kadmowe lub niklowo-wodorkowe, podane na tzw. efekt pamięci ogniwa.

Jak powiedział, w przypadku ogniw litowo-jonowych "efekt ten nie występuje w tak dużym stopniu, że przyjęło się iż ogniwo takie w każdej chwili można podłączyć do ładowania". Innymi słowy współcześnie produkowane urządzenia przenośne są praktycznie całkowite od efektu pamięci znanego nam z ery pierwszych telefonów komórkowych.