איך טכנולוגיית סוללות الليטיום משפיעה על משך חיי הסוללה והביצועים של האייפון

סוללת ליתיום ל-iPhone: הכימיה الأساسية, אילוצי העיצוב ודעיכה במציאות

מהחומר LCO לתערובות NMC: כיצד התפתחות הקתודה שיפרה את צפיפות האנרגיה ואת היציבות התרמית

הדמויות הראשונות של ה-iPhone השתמשו סוללות ליתיום עם קתודות אוקسيد ליתיום-קובלט (LCO). אלו היו מצוינות לאחסון כמות גדולה של ספקטר במרחבים קטנים, אך הן סבלו מבעיות חומרה של יציבות כאשר נטענו מעבר ל-4.2 וולט. טעינה מהירה עלולה להוביל לבעיות מסוכנות כגון ריצה תרמית וצמיחת דנדריטים בתוך תא הסוללה. הדברים השתנו במידה רבה מאז אז. דגמים נוכחיים של iPhone כוללים עתה תערובות קתודה ניקל-מנגן-קובלט (NMC). הנוסחה החדשה מפחיתה את השימוש בקובלט בכ־60 אחוז ומעבירה את המרכזיות לניקל בתערובת. לפי בדיקות שנעשו בהתאם стандארט IEC 62133-2, שינוי זה גורם לסוללות לשמור על קיבולת הטעינה שלהן בערך 20% טוב יותר לאחר 500 מחזורי טעינה. המנגן תורם ליציבות המבנה של הסוללה ומונע שחרור מוגזם של חמצן כאשר הטמפרטורה עולה. הניקל מאפשר רמות מתח גבוהות יותר ללא פגיעה בבטיחות. כל השיפורים הללו עובדים יחד כדי ליצור ניהול חום טוב יותר בגופי הטלפונים הדקיקים ביותר. עובדה זו חשובה במיוחד מכיוון שאפל ממשיכה לצמצם את החללים הפנימיים תוך שמירה על אותה ביצועיות של המכשירים.

גורם צורה דק ביותר לעומת ניהול חום: למה האייפונים מעדיפים גודל על פני קירור

כשמדובר בעיצוב, אפל נותנת עדיפות לדיוקנות על פני התמקדות בניהול חום רציני. הביטו באйיפונים – רק כ-1.5 מ"מ הוקצו לחומרים מתירמיים (TIM), מה שקטן בבערך שני שלישים מהנפח שרוב טלפונים אנדרואיד מובילים מציעים. בשל מגבלה זו, הטמפרטורה בתוך המכשירים הללו עלולה לעלות ב-8–12 מעלות צלזיוס בעת ביצוע משימות כבדות כגון ייצוא סרטונים בפורמט 4K או הפעלת יישומים של מציאות רבודה. לטלפון יש אכן פיזורים חום מגרףיט וגופו עשוי אלומיניום שמסייעים בהפצת החום באופן פסיבי, אך אלו אינם מספיקים כאשר עומס העבודה נמשך לאורך תקופות ממושכות. דבר זה גורם גם להאצה בתהליכי ההזדקנות של הסוללה. לפי חוקי הפיזיקה הבסיסיים, אילו רצתה אפל ליישם פתרונות קירור משופרים כגון צינורות חום נחושת או מפרקים אדים (vapor chambers), היה צורך להגדיל את עובי הטלפונים שלה ב-40% בערך – דבר שברור כי הוא סותר את סטנדרטי העיצוב האלגנטיים המאפיינים אותה. ומעניין למדי, לפי מחקר צרכנים אחרון שפורסם על ידי סטטיסטה בשנת 2023, כ-78% מהאנשים עדיין מעדיפים מכשירים דקיקים על פני מכשירים בעלי ביצועי קירור מעולים, למרות שידוע להם כי בנייה דקה יותר גורמת להאצה בהזדקנות הסוללה לאורך זמן.

הדרדרות הסוללה במציאות: הבנת מצב הבריאות (SoH), הקיבולת הניתנת לשימוש והגבלות הדיווח של Apple

גורמים כימיים להזדקנות: צמיחת שכבת SEI, ציפוי ליתיום והשפעתם על משך חיים של סוללת iPhone

למעשה, קיימות שתי תופעות המתרחשות בתוך סוללות ה-iPhone שמתפתחות עם הזמן ואינן הפיכות: צמיחת שכבת האינטר페이ס המוצקה-אלקטרוליטית (SEI) ומה שנקרא ציפוי ליתיום מתכתי. כאשר אנו מתחילים להשתמש בטלפונים שלנו, שכבת ה-SEI מתחילה להיווצר באופן טבעי במהלך מחזורי הטעינה הראשונים. אך ככל שמשיכים לטעון ולפרוק את הסוללה, השכבה הזו ממשיכה להתעבות, מה שמביא לאיבוד יוני הליתיום הפעילים וגורם לסוללה לעבוד קשה יותר נגד עלייה בהתנגדות הפנימית. בעיה נוספת מתרחשת בתנאי טעינה כמו מזג אוויר קריר מתחת ל-10 מעלות צלזיוס, מהירות טעינה מהירה מעל לרמה הרגילה, או כאשר הסוללה כמעט מלאה. מצב זה גורם להצטברות של ליתיום מתכתי ריאקטיבי על פני האנודה, מה שמביא לא רק להפחתת כמות הליתיום הזמין למחזורים הבאים, אלא גם ליצירת מעגלים קצרים זעירים בתוך הסוללה. רוב המשתמשים יבחינו שקיבולת הסוללה יורדת ב-3–5 אחוזים מדי שנה בתנאים נורמליים. עם זאת, אם הסוללה נמצאת לאורך זמן בסביבה חמה שמעל 35 מעלות צלזיוס, לפי חלק מהתקנים התעשייתיים, אובדן הקיבולת יכול להוכפל. מה שמייצר את התסכול סביב בעיות אלו הוא העובדה שבעוד שבחלקים אחרים של המכשירים שלנו נגרמת שחיקה פיזית שניתן לראות ולזהות, השינויים הכימיים הללו מצטברים עם הזמן ולא ניתנים להחזרה – גם במקרים של טלפונים שלא נעשה בהם שימוש מרובה. לאחר שנתיים בלבד של שמירה על מדף, לרוב ה-iPhone עדיין נראים סימנים מובחנים של ירידה ברמת הבריאות.

למה האחוז של 'בריאות הסוללה' אינו מדד ישיר של הקיבולת הניתנת לשימוש – ומה הוא באמת משקף

אחוז בריאות הסוללה שמוצג על ידי Apple אינו מודד למעשה את קיבולת הסוללה באופן ישיר. במקום זאת, הוא מבוסס על התגובה של הסוללה לשינויי מתח, בוחן את דפוסי ההתנגדות הפנימית לאורך זמן ומשתמש בהיסטוריה התרמית שלה, תוך שהכול עומד בתקנים לביטחון UL 2580. כאשר אנו רואים 100%, זה אומר שכל המערכת פועלת בתוך הפרמטרים הנורמליים מבחינת יציבות המתח. כשמגיעים לערך של כ-85%, ניכרים הבדלים מובילים באופן שבו הסוללה משחררת אנרגיה, אך זה לא אומר שבדיוק 15% מהקיבולת אבדו במקום כלשהו. מה שחשוב ביותר ל-Apple הוא לשמור על אמינות המכשירים, ולא להישאר מדויקים במיוחד במספרים. לכן הם ממליצים לפנות לשירות טכני כאשר בריאות הסוללה יורדת ל-80%. זה לא נובע פשוט מהיעדר 20% מקיבולת הסוללה, אלא בגלל שהפחתת המתח במהלך הטעינה, למשל, הופכת לבעייתית לפעילות בטוחה. לפיכך, גם אם שני אייפונים מציגים את אותו אחוז בריאות סוללה, תקופת הפעולה האמיתית של הסוללות שלהם עשויה להשתנות במידה רבה, בהתאם לאופן שבו משתמשים בהם, לטמפרטורות היומיומיות שבהן הם נמצאים ולפעמים גם בגלל הבדלים זעירים בביצועי ההטבה התוכניתית בין מכשירים.

טמפרטורה ותבניות טעינה: מוטות מפתח שמשתמשים יכולים לשלוט בהם כדי להאריך את תקופת חייו של סוללת اللي튬 באйיפון

האצת חום: כיצד הפעלה ממושכת בטמפרטורה גבוהה מ-35° צלזיוס מכפילה את קצב ההתדרדרות בשימוש יומיומי

הפעלת אייפונים באופן עקבי בטמפרטורות גבוהות מ-35 מעלות צלזיוס הופכת לחדשות רעות מאוד לסוללות שלהם. מחקר של משרד האנרגיה של ארצות הברית מראה שכאשר הטלפונים חמים מדי, שכבה הנקראת 'שכבה SEI' גדלה מהר יותר וליתיום מתחיל להצטבר על האלקטרודות, מה שמקצר את מספר פעמים הטעינה שאפשר לבצע לפני שהטלפון מתחיל לאבד כוח. הבעיה מתחרפת בגלל שאייפונים אינם מצוידים במערכות קירור מובנות. זה גורם להם להיות רגישים במיוחד בעת ביצוע פעילויות כגון ניווט באמצעות GPS, משחק באפליקציות ניידיות או טעינה אלחוטית תוך כדי שהטלפון נמצא במיקומים חמים. אפילו השארת אייפון בתוך רכב חונה ביום שמשי או הנחתו על לוח המחוונים כשהוא חשוף לשמש יכולה להגביר את הטמפרטורה הפנימית שלו מעבר ל-50 מעלות צלזיוס, מה שגורם נזק בלתי הפיך לרכיבי הסוללה. עבור אלו שרוצים שהטלפונים שלהם יחזיקו לאורך זמן, קיימות כמה צעדים פשוטים שחשוב לזכור: אל תטעינו את הטלפון או תריצו אפליקציות דרמטיות בזווית ישירה של השמש, אם אפשר. כבו את תכונת ריענון האפליקציות ברקע בעת נסיעות בעיר. וזכרו להסיר את המכסות הגנתיות לפני טעינה ממושכת, מכיוון שמכסות אלו לרוב לכדות את החום בתוך המכשיר.

החוק של 20%–80% בבדיקה מחודשת: ראיות על עומק ה descargar ומערכת הנחיות מעשית לטעינה

טעינה חלקית מאריכה באופן משמעותי את משך חייו של סוללת الليטיום-יון. מחקרים שפורסמו ב כתב העת של החברה האלקטרוכימית מראים כי הגבלת עומק ה descargar לטווח 20–80% במקום לטווח 0–100% יכולה להכפיל פי שלושה את המספר הכולל של המחזורים האפשריים, על ידי הפחתת המתח ברשת הגרעינית של הקתודה ובלימת הצטברות הליתיום. עבור שימוש יומיומי באיפון:

• הסרו את הכבל לפני שהסוללה מגיעה ל-100% – במיוחד בלילות – מאחר שהשהייה במצב טעינה מלאה מגבירה את הפוטנציאל האנודי ומזרזת תגובות צדדיות
• בצעו טעינה מראש סביב 20%, תוך הימנעות מ descargar עמוק שמעמיס את מבנה הקתודה
• הפעל טעינה מותאמת לחיי סוללה , אשר לומד את השגרה שלכם ומעכב את השלמת הטעינה ל-100% עד לרגע שבו היא נדרשת – ובכך מפחית את הזמן שבו הסוללה נמצאת במצב מתח גבוה, ללא צורך בשינוי התנהגותי