Cách hoạt động của pin và 3 cách bạn có thể tiêu diệt nó

Một trong những thiết bị điện tử hữu ích nhất có sẵn cho chúng ta cũng là một trong những thiết bị phổ biến nhất. Pin hiện đại được trang bị trong rất nhiều công nghệ yêu thích của chúng tôi đến nỗi bạn gần như có thể được tha thứ vì không dành thời gian tìm hiểu về hoạt động của chúng.

Nhưng đã đến lúc bạn phải mở rộng nền tảng kiến ​​thức của mình bằng cách hiểu cách điện thoại thông minh trong túi của bạn được cung cấp năng lượng, các loại pin phổ biến và những gì bạn có thể làm để kéo dài tuổi thọ của chúng.

Ai là người phát minh ra pin hiện đại?

Alessandro Volta đã trình diễn pin điện từ hoạt động đầu tiên vào năm 1800. Chồng các tấm đồng và kẽm của ông được ngăn cách bởi các đĩa giấy ngâm nước muối tạo ra một điện áp ổn định trong một khoảng thời gian hợp lý. Đây được gọi là cọc điện áp và là tiền thân của một thế hệ thử nghiệm chạy bằng pin.

Năm 1836, John Frederic Daniell đã tiêu chuẩn hóa thiết kế của pin. Một chiếc nồi đồng chứa đầy dung dịch đồng sunfat được ngâm trong một thùng chứa bằng đất nung không tráng men chứa đầy axit sulfuric và một điện cực kẽm đã trở thành tiêu chuẩn pin de-facto, có trên vô số mạng điện báo điện.

Chuyển tiếp nhanh chóng đến Đại học Oxford, 1979. John Goodenough và Koichi Mizushima đã chứng minh một tế bào sạc hoạt động được với dải 4 volt sử dụng lithium coban oxit làm điện cực dương và kim loại lithium làm điện cực âm. Tiền thân của pin lithium như chúng ta biết là nó được sinh ra – nhưng nó chỉ được thương mại hóa vào năm 1991 bởi Sony và Asahi Kasei trong các thiết bị điện tử cầm tay của họ.

Pin hiện đại là gì?

Chúng tôi sử dụng thuật ngữ “pin hiện đại” để mô tả các tế bào điện hóa cung cấp năng lượng cho các thiết bị công nghệ di động của chúng tôi. Pin được chia thành hai loại phổ biến:

• Sử dụng một lần: pin dùng một lần với các điện cực không thể thay đổi được trong quá trình sử dụng.

• Có thể sạc lại: pin có thể tái sử dụng với các điện cực được khôi phục bằng dòng điện ngược.

Hầu hết các thiết bị điện tử di động hiện đại đều có pin dựa trên lithium, loại pin phổ biến nhất là lithium-ion (Li-ion) tủ. Tuy nhiên, bạn cũng có thể gặp phải lithium-polymer (Li-Po) tế bào, có cấu tạo điện hóa và hóa học chung giống như đối tác của nó nhưng chi phí chế tạo cao hơn và có mật độ năng lượng thấp hơn.

Tuy nhiên, pin Li-Po vẫn được ưa chuộng do thiết kế nhẹ, linh hoạt và khả năng hoạt động được cải thiện ở nhiệt độ cao hơn và thấp hơn, điều mà Li-ion có thể gặp khó khăn.

Liên quan: Cách sạc pin LiPo

Pin Li-ion thường chứa hợp chất lithium xen kẽ như oxit lithium coban (LiCoO2) làm một điện cực, than chì cho điện cực thứ hai và dung môi hữu cơ làm chất điện phân. Hợp chất này được sử dụng do mật độ năng lượng cao và tốc độ mất điện chậm khi không sử dụng và không yêu cầu quay vòng bộ nhớ để kéo dài tuổi thọ pin.

Tất cả các loại pin sử dụng pin lithium đều có Hệ số nhiệt độ áp suất. Đây là công tắc hoặc cảm biến an toàn dự phòng được thiết kế để giữ cho pin không bị quá nóng trong điều kiện khắc nghiệt hoặc sử dụng quá mức. Quá trình này thường khiến pin trở nên vô dụng bằng cách làm hỏng vĩnh viễn các hợp chất hóa học giúp quá trình sạc / xả có thể thực hiện được.

Làm thế nào để sạc pin dựa trên Lithium?

Pin dựa trên Lithium đã trở thành loại pin công nghệ di động được lựa chọn do mật độ năng lượng cao và chất lượng có thể sạc lại được.

Trong quá trình sạc, các ion liti di chuyển qua chất điện phân từ điện cực liti coban oxit dương sang điện cực graphit âm. Sau đó, khi phóng điện hoặc sử dụng, các ion di chuyển trở lại qua chất điện phân, từ âm sang dương. Quá trình này xảy ra ở điện áp tương đối cao – 3,7 vôn so với pin AA kiềm ở 1,5 vôn – đó là lý do tại sao pin sử dụng lithium trở thành nguồn điện di động được nhiều thiết bị điện tử tiêu dùng lựa chọn.

Pin dựa trên Lithium cũng có tính năng như một phần của bộ pin lớn hơn, chẳng hạn như pin máy tính xách tay. Những bộ pin này có một số tế bào lithium-ion được liên kết thành một thành phần lớn hơn và sẽ chứa một số thành phần bổ sung:

• Cảm biến nhiệt độ: Cảm biến giám sát nhiệt độ bên trong gói để duy trì sự an toàn và tuổi thọ của các tế bào.
• Bộ điều chỉnh điện áp: Cảm biến và mạch để giám sát và điều chỉnh đầu ra / công suất của từng ô bên trong gói
• Trạng thái sạc pin: Cảm biến thông báo cho hệ điều hành về trạng thái sạc hiện tại (ví dụ: đầy 47%)
• Tư nối: Gói kết nối dành cho máy tính xách tay, dành riêng cho thương hiệu.

Pin dựa trên Lithium có thể thực hiện hàng nghìn chu kỳ sạc / xả trước khi chất lượng của tế bào bắt đầu suy giảm thực sự. Tuy nhiên, có một số cách mà bạn có thể làm hỏng pin của mình, có thể khiến bạn gặp nguy hiểm trong quá trình này.

Cách bảo trì pin dựa trên Lithium của bạn

Điện cực dương được tìm thấy trong hầu hết các loại pin dựa trên lithium, LiCoO2, có thể gây nguy hiểm nếu tế bào bị hỏng. Không giống như các tùy chọn pin khác, việc làm ảnh hưởng đến hợp chất dễ cháy, có áp suất có thể tạo ra kết quả cực đoan. Để giảm thiểu điều này, các tế bào pin dựa trên lithium phải trải qua nhiều thử nghiệm an toàn, nhiều thử nghiệm nghiêm ngặt hơn so với pin gốc axit.

Nhiệt

Đã có một số trường hợp pin dựa trên lithium bốc cháy trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt. Pin bị ép nhiệt kết hợp với bất kỳ áp suất bổ sung, bất ngờ hoặc đoản mạch nào cũng có thể ‘phát nổ’, khiến pin bị phá hủy và thường xuyên hơn là một phần của công nghệ di động bị hỏng.

Mỗi pin dựa trên lithium có một bộ phân tách có sẵn bên trong tế bào. Điều này phân biệt giữa điện cực dương và điện cực âm trong quá trình sạc / xả. Nếu dải phân cách này bị đục lỗ hoặc bị hỏng, có khả năng các điện cực có thể tiếp xúc. Điều này làm cho pin bị tăng nhiệt nhanh chóng và có thể dẫn đến cháy nổ.

Pin có cơ chế thông hơi để ngăn chặn sự cố như vậy xảy ra nhưng cuối cùng, do bản chất của hợp chất hóa học được thông hơi, khả năng xảy ra phản ứng nổ vẫn còn do nhiệt tạo ra từ phản ứng hóa học.

Xếp hạng loại bỏ

Pin dựa trên Lithium thích phóng điện cục bộ hơn là “sâu” hoặc “đầy”. Chúng không có bộ nhớ sạc, vì vậy phóng điện cục bộ không ảnh hưởng đến hiệu suất trong tương lai.

Tuy nhiên, việc phóng điện quá sâu (tức là làm cạn kiệt hoàn toàn pin) sẽ khiến điện áp của pin sử dụng lithium giảm và có thể dẫn đến pin bị hỏng vĩnh viễn.

Quá trình lão hóa

Pin dựa trên Lithium đã cũ. Tuổi thọ tối đa của chúng thay đổi tùy thuộc vào số chu kỳ sạc / xả đã trải qua, nhưng thông thường bạn sẽ bắt đầu thấy pin của mình xuống cấp sau khoảng hai năm. Điều đó không có nghĩa là bạn nên theo dõi số lần bạn sử dụng pin vì điều đó sẽ khá khó khăn.

Liên quan: Cách kiểm tra số chu kỳ pin của iPhone của bạn

Bạn cũng nên kiểm tra thời điểm pin được sản xuất khi mua một sản phẩm công nghệ xách tay mới. Nếu nó đã được đặt dư thừa trong nhà kho trong một năm, thì đó là một năm tuổi thọ pin đã giảm. Liên hệ với nhà sản xuất sản phẩm và yêu cầu pin mới nếu có thể.

Còn về Pin xe điện?

Pin xe điện phải có tuổi thọ ít nhất là 100.000 đến 200.000 dặm. Điều này tương đương với khoảng 10 hoặc 20 năm. Tesla báo cáo rằng pin Model S sẽ mất khoảng 5% dung lượng trong 50.000 dặm đầu tiên. Sau đó, thời lượng pin sẽ giảm xuống chậm hơn nhiều.

Hầu hết các nhà sản xuất xe điện cung cấp bảo hành pin 5 hoặc 8 năm hoặc 100.000 dặm. Hầu hết các nhà sản xuất có uy tín sẽ thay thế một viên pin đã giảm đến 60-70% dung lượng trong thời gian này.

Có một số điều bạn có thể làm để đảm bảo pin EV của bạn dùng được lâu hơn:

• Đảm bảo bạn chỉ mua một chiếc xe điện có hệ thống điều chỉnh nhiệt được đánh giá cao.

• Cố gắng tránh sạc nhanh quá nhiều vì nó sẽ làm giảm tuổi thọ của pin.

• Đặt bộ sạc để sạc đến 80% dung lượng. Sạc pin quá mức có thể ảnh hưởng tiêu cực đến nó.

• Đừng để pin đạt 0% dung lượng.

• Giữ pin từ 50-80% dung lượng là tối ưu.

Li-Air

Thế hệ tiếp theo của pin lithium sẽ có tính năng hóa học lithium-không khí, cho phép tạo ra mật độ năng lượng cực cao trong các thiết kế ngày càng nhẹ. Pin Li-Air có được lợi thế về mật độ năng lượng so với các loại pin truyền thống của chúng bằng cách sử dụng lượng oxy dồi dào để tạo ra dòng điện, thay vì lưu trữ chất oxy hóa hóa học cần thiết bên trong.

Thật không may, vẫn cần nghiên cứu trong một số lĩnh vực chính trước khi một sản phẩm Li-Air khả thi về mặt thương mại sẽ xuất hiện trong các thiết bị di động của chúng tôi, mặc dù đã đạt được nhiều tiến bộ đáng kể trong những năm gần đây.

Cố gắng không làm hỏng pin của bạn!

Bạn không phải lo lắng quá nhiều về việc phá hủy pin Lithium-ion của mình. Chúng sẽ tự nhiên xuống cấp theo thời gian. Tuy nhiên, nếu bạn không liên tục sạc đến mức tối đa và sau đó cạn pin cho đến khi hết pin, thì pin của bạn sẽ dùng được lâu hơn, đó là điều bạn luôn cần lưu ý.

Đọc tiếp

Giới thiệu về tác giả