バッテリーの劣化と急速充電、切っても切り離せない2つの相棒

おそらく皆さんが手に持っているスマートフォン、タブレット、ラップトップ、さらにはますます多くの車両やあらゆる種類の電気機器がリチウムイオン電池を使用していますが、その最も重要な点は引き続き自律性と耐用年数が限られていることです。このプラグへの依存関係は、バッテリーを数秒で再充電する非常に高速な充電システムによって終結、または少なくとも軽減される可能性があります。

これらのシステムは実際にすでに存在しており、Xiaomiがわずか 17 分で4,000 mAh の携帯電話を充電するなど、印象的なデモンストレーションが行われています。では何が問題なのでしょうか？現在克服すべき障害は、この種のますます高速化する充電システムでバッテリーの劣化を確実に抑える方法の鍵を見つけることです。

モバイルバッテリーのお手入れのコツ

業界は躊躇しながらも前進する

メーカーは数年間、不当に厚く重かったり、充電が遅い携帯電話を見つけずに自律性の障害を克服しようと努力してきました。そのため、端末内のバッテリーがどんどん増えても、急速充電システムははるかに速い速度で充電を行います。

この例としては、Oppo の充電器が挙げられます。 50 W SuperVOOC バージョンの性能が非常に優れているため、同年、他のメーカーへのライセンス供与を開始し、Oppo Find X やRX17 Proなどの携帯電話を30 分強で充電できるようになりました。使用習慣を変えるには十分です。基本的に、いつでもどこでも充電できます。完全に。

それにもかかわらず、何らかの理由で、Oppo は最近、この充電システムの導入を後退せざるを得なくなりました。これがバッテリーの状態に及ぼす影響によるものであり、それについて彼らは何の保証もしていないため、あるいは、それほど需要のない機能の純粋なコストの問題によるものであるかにかかわらず、彼らの好意で価格を大幅に引き下げました。 、最近のOppo Reno はもうありません。

スケールの反対側にあるのはサムスンで、最近のGalaxy Note 10で超高速充電システムがついに奨励されているようです。数世代にわたって 15 W で繰り返した後、現在は標準で 25 W まで、「Plus」バージョンでは最大 45 W まで、互換性のある充電器を入手しました。ファーウェイは昨年、Huawei Mate 20 Proでもこの範囲でテストを行った。

一方、Apple は依然として5W 充電器をさまざまな iPhone モデルに標準として提供し続けています。もちろん、最新の iPhone からそれほど遅くない充電器までの選択肢が与えられ、別売りの 18 W 充電器の業界平均とはるかに一致しています。それまでは、プロセスを高速化するために標準の iPad 充電器を使用するのが標準でした。

iOS 13には、タップするだけで有効化できる気の利いたバッテリー最適化モードがあります

これに伴い、Apple は次のバージョンのオペレーティング システムで、バッテリーの劣化を補うために私たちの使用状況から「学習」する充電システムを導入する予定です。リチウムイオン電池は、高い充電レベルに長時間留まると、より激しく劣化します。通常の使用を再開する前にのみ最後の割合を充電することで、フル充電のまま夜も夜も過ごすことがなくなります。これは iPhone の総寿命の約 3 分の 1 であり、残りの電源に接続されている間は 80% の状態が維持されます。

研究結果は明らかです: 急速充電、先験的、悪い

多額の投資にもかかわらず、リチウムイオン電池の容量は比較的停滞しています。実際、それは欲望がないからではありません。私たちのスマートフォンに使われているバッテリーの種類も、電気自動車に電力を供給するものと似ており、化石燃料から逃れるために、テスラの最近のメガパックなど、再生可能エネルギーへのバックアップ システムをますます提供することになるでしょう。 。

非常に多くの研究が行われており、現在の科学的成果のうち、一部は単に同化作業を目的としています。数か月前、AI によって書かれた最初の本が出版されました。それは、このタイプの電池に関する最新の進歩 (シュプリンガー氏によると、過去 3 年間で 53,000 冊以上の出版物) をまとめようという試みにほかなりませんでした。近年出版されたさまざまな論文への何百もの参照を網羅しています。結果？最初の段落ですら理解できない完全な惨状だが、言語処理という分野への入り口は依然として活況を呈している。結局のところ、アルゴリズムBeta Writer は何の意味もなくそう呼ばれているわけではありません。

ソニーが 1991 年に最初のリチウムイオンベースの充電式電池を発表して以来、約30 年間にわたる商業開発を経て、その進歩の多くは独自のものであり、LG、パナソニック、サムスンなどの少数の企業がその進歩を安全に保っています。バッテリーは複雑なシステムであり、その設計では、コスト、耐用年数、最大容量、または不運な出来事に対する耐性など、いくつかの考慮事項を考慮する必要があります。ほとんどすべての機能で非常に優れたバッテリーであっても、これらの点の 1 つだけで悲惨な故障が発生した場合、ほとんど価値がありません。

いずれの場合でも、その製造に使用される「添加物」や化合物の混合物に関係なく、言及されたさまざまな点がより広範囲に有利であり、そのうち何百ものものが異なる割合でテストされていますが、その中には一定の共通認識の基礎があります。自律性を拡張できるリチウムイオン電池の世界。熱への曝露を減らすことやバッテリーを完全に消耗させないことなどのヒントの中には、間違いなく、必要な場合にのみ急速充電自体を使用することが含まれます。

損傷箇所のレントゲン撮影

最近、米国インディアナ州にあるパデュー大学（このテーマに関する多くの研究と普及を蓄積している）の研究者らは、微視的および巨視的かつさまざまな条件下でバッテリー自体が内部に蓄積した損傷のマップを作成することに成功した。 。

彼の出発点は、バッテリーは充電と放電が理想的な方法で実行される孤立した化学システムではないということです。代わりに、システムには、バッテリーを充電する電流または電圧にリンクされた機械コンポーネントがあります。また、急速充電システムではバッテリーの温度と電流がより急激に変化するため、この効果はさらに高まります。

ヤン・ヤンが率いるチームは、ヨーロッパ、中国、米国など世界中のいくつかの施設で放射光を利用し、リチウムイオン電池の内部構造の顕微鏡画像の作成に成功した。この研究では、この非常に微細なスケールでの成分の量子相互作用が考慮されており、データの解釈には機械学習システムが使用されています。

画像は、リチウムイオン電池を構成する小さな粒子に対するこの損傷が、空間的および時間的な観点から、またさまざまなレベルでどのように不均一であるかを明確に示しています。負荷、温度、電流が均一に分布しないため、劣化が促進されます。

この分析は高速荷重条件下でも実行され、これらの小さな粒子の破壊パターンも決定しますが、これらに限定されるものではありません。画像を見ると、特定の領域に小さな涙の蓄積が観察されます。セパレーターと呼ばれるアノードとカソードの領域の近くなど、他のものよりもはるかに厳しい環境にあるものは、バッテリー全体の劣化と不安定性を加速させます。

新たな角度からの改善、しかし選択の時が来た

これは、一般的なバッテリーに対する急速充電システムの具体的な効果を裏付けていますが、これらのシステムを導入している主なメーカーは、耐久性を悪化させることなく導入している可能性があります。他の側面では、より限定的な方法で単純に改善することが可能です。

その代わりに、エネルギー密度やその他のバッテリー特性のわずかな向上を放棄し、急速充電に対する許容度を高める方向に移行している可能性があります。この論文を執筆した研究者の一人であるKejie Zhao氏は、「電池の容量を大きくし、同時に安定させることは難しい。容量を増やすことは、多くの場合、安定性を犠牲にすることを意味する。」と述べている。

この技術を使ってますます多くの電池を生産する業界の動機は非常に明らかです。容量がわずかに高くても、特定の用途ではほとんど問題になりませんが、わずか 1 回で容量の大部分を回収できることには利点があります。数分。