علت خاموش شدن باتری گوشی در سرما و خطرات شارژ در یخبندان

خاموش شدن باتری گوشی در سرما یکی از چالش‌های آزاردهنده در فصل زمستان است که برخلاف تصور عموم، به دلیل تخلیه ناگهانی شارژ رخ نمی‌دهد، بلکه پیامد واکنش‌های الکتروشیمیایی درون سلول‌هاست.

سازوکار شیمیایی باتری گوشی در سرما و افزایش مقاومت داخلی

سلول‌های لیتیوم-یون انرژی را از طریق تبادل یون‌ها میان دو الکترود آند و کاتد درون یک بستر مایع رسانا به نام الکترولیت جابه‌جا می‌کنند. با افت شدید دمای محیط، این مایع رسانا دچار افزایش چشمگیر گرانروی (ویسکوزیته) شده و حرکت آزادانه یون‌ها را به‌شدت محدود می‌سازد.

پژوهش‌های مهندسی مواد نشان می‌دهند که در دمای منفی ۲۰ درجه سانتی‌گراد، مقاومت درونی سلول‌ها تا ۴ برابر شرایط عادی جهش پیدا می‌کند. این مسئله مانع از تحویل روان و پایدار جریان الکتریکی به مدار سخت‌افزاری دستگاه هوشمند می‌شود.

عملکرد سامانه مدیریت هوشمند و افت ولتاژ لحظه‌ای

پردازنده و سامانه مدیریت انرژی (BMS) با رصد پارامترهایی چون ولتاژ و دما، درصد شارژ باقی‌مانده را برآورد می‌کنند. اجرای وظایف پردازشی سنگین در هوای سرد نیاز به توان بالایی دارد که در حضور مقاومت داخلی شدید، موجب سقوط ناگهانی پتانسیل الکتریکی به زیر ۳ ولت می‌شود.

سامانه مدیریت هوشمند برای ممانعت از آسیب‌های جبران‌ناپذیر ناشی از تخلیه عمیق، فرمان قطع فوری مدار را صادر می‌کند و نمایشگر دستگاه بی‌درنگ خاموش می‌شود.

با بازگشت تلفن همراه به فضایی با دمای متعادل، گرانروی الکترولیت کاهش یافته و ولتاژ به تراز پیشین بازمی‌گردد؛ به همین دلیل پس از روشن شدن مجدد، همان درصد شارژ قبلی روی صفحه نقش می‌بندد.

خطرات ویرانگر شارژ باتری در یخبندان

اتصال تجهیزات الکترونیکی یا خودروهای برقی به شارژر در محیط‌های زیر صفر درجه سانتی‌گراد عواقب مخربی در پی دارد:

• آبکاری فلزی لیتیوم: یون‌ها به علت انقباض لایه‌های گرافیت قادر به نفوذ نبوده و به شکل فلز خام روی سطح الکترود رسوب می‌کنند.
• تشکیل دندریت‌ها: سوزن‌های میکروسکوپی فلزی در طول زمان رشد کرده و با سوراخ کردن لایه جداکننده، باعث اتصال کوتاه داخلی می‌شوند.
• فرار حرارتی: ورود ناگهانی دستگاه به محیط گرم واکنش‌های گرمازای مهیبی ایجاد کرده و احتمال آتش‌سوزی یا بادکردن سلول را افزایش می‌دهد.

تحولات نوین؛ توسعه باتری‌های مقاوم و خودگرم‌شونده

تولیدکنندگان با استفاده از فرمولاسیون‌های نوین حاوی فلوئورواتیلن کربنات تلاش می‌کنند لایه‌های رسانای مقاومی بسازند که مانع افت عملکرد یون‌ها در شرایط یخبندان شود.

همچنین پژوهشگران دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا نوعی سازوکار مجهز به فویل نیکل داخلی با ضخامت ۵۰ میکرومتر طراحی کرده‌اند که سلول‌های کاملاً یخ‌زده را در کمتر از ۲۰ ثانیه گرم کرده و پایداری کامل تجهیزات الکترونیکی را در اقلیم‌های سردسیر تضمین می‌کند.