Polnjenje baterij različnih naprav je postalo vsakodnevna obveznost in rutina, v prihodnje bo kvečjemu le še bolj pogosto. Tega se ne smemo lotevati s preveč pišmeuhovskim odnosom, kajti s pravilnim ravnanjem lahko podaljšamo obdobje optimalnega delovanja baterije.
Velika večina elektronskih naprav in vsi popolnoma električni avtomobili imajo vgrajene litij-ionske baterije oziroma akumulatorje in ti so podvrženi postopni »degradaciji«. To pomeni, da sčasoma polna zmogljivost baterije, do kolikor se jo sploh da napolniti, upada. S tem pa seveda tudi njena avtonomija, torej čas delovanja, ki ga zagotavlja telefonu, prenosniku ali čemurkoli že, oziroma število kilometrov, ki jih avto lahko prevozi, preden je treba reč znova priklopiti. Z določeno skrbnostjo je mogoče slabljenje baterije upočasniti, ne pa tudi popolnoma preprečiti.
Mnenja, koliko dejansko pripomoremo k njeni dolgoživosti ali »zdravju«, če se upoštevamo pravila, se razlikujejo. Vsekakor pa s tem zagotovo ne povzročamo dodatne škode in se izognemo nekaterim slabim navadam, ki bi res škodile bateriji.
Kako je sestavljena baterija?
Litij-ionska baterija je sestavljena iz dveh elektrod, med katerima skozi tekoči elektrolit prehajajo litijevi ioni. Pri polnjenju prehajajo v grafitno anodo (»negativno elektrodo«) in pri praznjenju nazaj v katodo (»pozitivno elektrodo«). Ta navadno vsebuje še nekatere redke kamnine, kot so nikelj, kobalt in mangan (NCM), ali pa litij-železov fosfat v primeru baterije vrste LFP (oziroma LiFePO4). Napolnjenost baterije je razlika v električnem potencialu med anodo in katodo. Prav ta potencial lahko vpliva na »staranje« baterije, prav tako pa ni povsem nedolžen sam proces polnjenja.
Kemija vrste NCM ali z različnimi polimeri pri 80 odstotkih doseže tako veliko razliko v potencialu, da to začne sprožati neželene reakcije v elektrolitu. Poleg tega je treba za tovrstno baterijo pri tej meji spremeniti polnjenje. Do te meje je mogoče uporabljati metodo konstantnega toka, pri kateri napetost znotraj anode postopne raste. Ko pa ta doseže določeno raven, mora polnilnik preiti na konstantno napetost, s čimer tok bistveno upade, in polnjenje se upočasni.
Proces si lahko predstavljamo tudi kot »streljanje« kroglic v luknje v nekakšnem satovju ali pa iskanje prostega sedeža v dvorani. Dokler je prostih mest še veliko, se lahko ioni hitro in brez težav razporejajo. Ko je napolnjenost že velika, gre proces težje in počasneje, poleg tega ima določen vpliv na dolgoročno sposobnost sprejemanja enake količine energije.
Proizvajalci sicer pri večjih baterijah vrh polnjenja postavijo nekoliko nižje od dejanske polne zmogljivosti, onemogočijo zadnjih nekaj milivoltov višanja napetosti, zato že s tem poskrbijo za njeno daljšo življenjsko dobo, tudi če se uporabniki ne ravnajo po pozneje navedenih priporočilih. Po drugi strani so razlike v električnem potencialu pri kemiji LFP toliko manjše, da je tam omenjeni učinek skorajda zanemarljiv.
Zakaj baterije ni dobro izprazniti na več kot 20 odstotkov?
Iz opisanega izhaja, da je večino litij-ionskih baterij najbolje polniti do približno 80 odstotkov napolnjenosti. Prav tako jih ni dobro povsem izprazniti, ker tudi to ne vpliva blagodejno na kemijske procese. Večina priporočil pravi, da naj bi naprave priklapljali vsaj takrat, ko so na 30 ali najpozneje na 20 odstotkih napolnjenosti, najbolje za baterijo pa je vzdrževanje med 50 in 80 odstotki napolnjenosti.
Baterije LFP, ki so večinoma v avtomobilih ali prenosnih polnilnih postajah, lahko dojemamo nekoliko drugače. Njihova »energijska gostota,« torej podatek, koliko energije lahko sprejmejo pri določeni masi, je nižja. To pomeni, da so težje in večje ali pa ponujajo opazno manj zmogljivosti in niso primerne za večino naprav zabavne elektronike. Tiste izdelke, ki jih vsebujejo, pa lahko brez skrbi polnimo »do roba,« do sto odstotkov, in to ne bo občutno vplivalo na degradacijo. Celo priporočljivo jih je vsaj enkrat na nekaj polnjenj povsem napolniti, saj lahko zaradi omenjenih manjših razlik v potencialu ob samo delnem polnjenju prikazovalnik odstotkov kaže napačne vrednosti. Če je baterija povsem polna, se prikazovalnik znova umeri (»rekalibrira«).
Slabe navade, ki se jih ne bi bilo slabo odvaditi
Polnjenje baterij, ki tega »ne marajo«, do sto odstotkov seveda ne povzroča njihovega staranja takoj in zelo hitro. Gre za počasen proces in najbolj ga pospešuje držanje baterij na takih ravneh napolnjenosti. Vemo, da je avtonomija vedno omejena in da morda 80 odstotkov za dolg dan na terenu ali za daljšo vožnjo ni dovolj oziroma pomeni vmesno iskanje vtičnih ali prenašanje dodatnih zunanjih baterij s seboj. Zato seveda ni nič narobe, če napravo popolnoma napolnite, kadar veste, da boste toliko zaloge potrebovali in da jo boste tudi kmalu začeli prazniti. Slabo bi bilo, če bi s polno baterijo dolgo nekje stala, in še slabše, če bi jo vseskozi vzdrževali med 80 in 100 odstotki napolnjenosti.
Podobno ne najboljša navada je polnjenje telefona čez noč, zaradi česar so proizvajalci uvedli možnost tako imenovane pametne polnitve. Pri tej telefon ugotavlja uporabnikove navade, predvsem to, ob kateri uri ga zjutraj navadno odklopi s kabla oziroma vzame z brezžičnega polnilnika. Zato proces razdeli na dva dela. V prvem napolni do 80 odstotkov ali malo več, v drugem, bolj proti jutru, pa nato do konca. S tem preprečuje, da bi celo noč dopolnjeval napolnjenost do sto odstotkov, ko zaradi delovanja baterija nekaj porabi.
Nekateri telefoni in tudi kakšna druga naprava, še zlasti avtomobili, omogočajo tudi nastavitev limita, pri katerem se polnjenje ustavi. To je lahko 80, 85 ali 90 odstotkov, če so na voljo prednastavljene vrednosti, pri nekaterih pa je na voljo kar drsnik za poljubno nastavitev. S tem je najlažje zagotoviti, da baterija ne bo presegla želene napolnjenosti, najboljše za njeno »zdravje«, v odvisnosti od tega, koliko avtonomije naprave mora zagotavljati, tudi če bi jo pozabili odklopiti s polnilnika oziroma bi s tem zamudili.
To je še zlasti delikatno pri telefonih z možnostjo zelo hitrega polnjenja. Nekateri s priloženimi napajalniki, ki zmorejo 80, 100 ali celo 120 vatov, namreč vse skupaj opravijo v približno desetih minutah, če se držimo priporočila, da telefona ne priklapljamo pozneje kot takrat, ko raven upade na 30 odstotkov. Pri taki hitrosti zlahka prvič pogledamo, koliko je telefon pridobil, ko je ta že na denimo 95 odstotkih. Pa smo vmes le postorili kakšno malenkost v gospodinjstvu, morda kaj pojedli, prebrali kakšen članek v tiskani reviji. Na žalost prav telefoni, ki omogočajo najhitrejše polnjenje, največkrat nimajo možnosti nastavljanja limita.
Raje zelo hitro?
Velika hitrost sicer v teoriji tudi ni najboljša za degradacijo baterije, vendar jo proizvajalci telefonov dosegajo tako, da baterije razdelijo na dve ali celo tri ločene, pri čemer je potem skupna moč seštevek teh za polnjenje vsake od posameznih baterij. Poleg tega vgradijo hladilne elemente, več tipal in veliko nadzorne elektronike, ki spremlja temperaturo in druge parametre, da lahko dinamično prilagaja moč in tako poskrbi, da se ne dogaja kaj neželenega. Ker je postopek tudi precej kratek, še zlasti če se denimo navadimo telefon polniti od 50 do 80 ali od 60 do 90 odstotkov, se težko toliko segreje, da bi to zelo negativno vplivalo na strukturo baterije. Bolje je telefon dvakrat na dan za kratek čas priklopiti na hitri polnilnik kot ga dolgo puščati na klasičnem ali še zlasti na brezžičnem. Ko se bo ravno dobro segrel, ga bomo namreč že odklopili.
Tudi za baterijo v avtu polnjenje na ultra hitrih polnilnicah z enosmernim tokom (pri visokih močeh) ni najbolj blagodejno, zato je priporočljivo samo takrat, ko ga res potrebujemo. Na daljši poti, ko je treba v nekaj desetih minutah v vozilo pridobili dovolj energije za naslednjih nekaj sto kilometrov. Po drugi strani počasnejše polnjenje z enosmernim tokom (DC), denimo z 20 ali 30 kilovatov med obiskom trgovine, ne pomeni stresa za baterijo in je lahko dobra možnost, če je na voljo, saj v pol ure pridobimo energije za veliko več kilometrov kot pri klasičnem polnjenju z izmeničnim tokom (AC) pri največ 11 kilovatih (nekateri avtomobili sicer omogočajo tudi do 22 kilovatov AC, vendar redki).
Še posebej avtomobilska industrija si že dolgo prizadeva razviti in komercializirati baterije z elektrolitom v trdnem stanju (angl. Solid-State), ki naj bi v teoriji imele več prednosti, med drugim naj bi omogočale višje napetosti, elektrolit naj bi bil bolj obstojen, manj nagnjen k morebitnemu vžigu, če se ovoj baterije predre, omogočal naj bi tudi višjo energijsko gostoto. Vendar kljub različnim prototipom in menda uspešnim preizkusom tovrstnih baterij v prodaji še ni in jih skoraj zagotovo vsaj še nekaj let tudi ne bo.
