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我相信你已经注意到，一年左右手机电池的充电效果会有明显差异。 如果你把电话保持足够长的时间，它的电池甚至可能没有足够的电量来存活一整天。 你有没有想过为什么？
电池：它们如何工作？
电不是神奇的。 事实上，对于我们大多数人来说，这是一个非常无聊的主题，我们只希望它在我们需要使用时存在。 但要理解为什么你的手机现在需要的费用比你第一次收费时要多，你需要了解电池的工作原理。 别担心，我们将坚持这里的基础知识。
像任何能量一样，电力不是你能创造的东西。 我们认为“制造”电力的所有东西实际上只是将一种形式的能量转换成另一种形式，而电池则使用化学反应（能量）来建立可随时间计量的电荷。 可以使用不同的材料来构建这种电荷，它们会产生不同的结果。 在我们的手机中，我们使用锂电池，因为它们以合理的成本提供了不错的输出水平。
手机电池的估计寿命就是 - 估计。
在手机电池内部，您会发现三个对我们所说的很重要的组件：负电极（称为 阳极 ，通常由石墨制成），正电极（称为 阴极 ，由锂混合制成）和其他金属）和电解质溶液。 这三件事之间的化学反应很简单，也就是为什么它们可以用来储存能量。 当您向电极（从充电器）充电时，锂离子带正电并被吸引到负极。 当您从电池中拉出电荷时，这些锂离子会失去正电荷，不再被负电极吸引。 您将储存的能量从充电电池中拉出的时间越长，不再充电的锂离子数量会增加，直到没有足够的锂离子产生任何输出并且电池耗尽。 将其插入充电器会重置此循环。
“循环”在这里是一个重要的词。 由于电池设计用于存储电荷，因此很难以单位时间来衡量其使用寿命。 对你来说，持续两年的电池可能只能持续六个月，因为它的使用方式不同。 因此，我们可以估计它们能够持续多长时间，电池寿命通过充电周期来衡量。 手机电池通常设计为持续约500至600个周期，并且一个周期被定义为将完全耗尽的电池充电至100％，然后再次将其耗尽至零。 给剩下50％电量的电池充电，然后将其放回50％是一个部分周期，这就是为什么你会听到有人告诉你在电池电量不足之前给它充电，并听到有人告诉你相反的情况作为游戏系统的方法，避开第500个周期。 当然，它不起作用，因为电池实际上并不计算充电次数。 五百只是一个估计。
但是长寿 可以 循环测量，因为当你给电池充电时会发生什么，以及它如何影响未来的充电周期，可以存储的能量以及存储电荷的电位（想想伏特数）。
氧化和效率相互仇恨
因为电动汽车是真实的，并且他们使用的电池非常昂贵，所以已经对锂离子电池在其使用寿命期间降解的原因进行了大量研究。 值得庆幸的是，这也适用于我们手机中较便宜（但仍然很昂贵！）的电池，这是因为电池充电过程中会发生化学变化。
我们知道，对电池充电可以正向锂离子充电，然后锂离子被磁性（电是磁性）吸引到负极上。 随着越来越多的带电离子被吸引，负极和正极之间的 电位差 增大。 这就是你测量电压的方式 - 两个电极之间的势能差。 一旦达到特定读数，电池就被认为已充满电。 当放电电池时反之亦然，并且电位差减小直到达到零，因为在负电极处不存在更多带正电的离子。 但这并不意味着负极是干净的，并且与您开始之前完全相同。
电极氧化。 水和空气同样会导致铁锈（这是氧化的来源），锂，石墨和电解质盐会导致电极氧化。 当每个带正电荷的离子在电池中从阳极剥离时，留下微观的颗粒层并且已经化学键合到石墨阳极上。 这些颗粒由氧化锂（与氧键合的锂）原子和碳酸锂（与碳键合的锂）原子制成，这两种原子都没有与石墨相同的化学或电学性质。 该层干扰充电/放电循环，并且电位（电压）的差异和可吸引的带电离子的数量都发生变化。 最终，这些变化足以引起注意。 如果您继续使用电池并按照正常情况进行充电，则会达到没有足够电能存储来为手机供电的程度。
对电池充电实质上会改变电极的成分并影响将来充电的方式。
不同类型的锂组合物以及电解质溶液中使用的不同盐对这些沉积物留在电极上的量有多大影响。 但是，制造更清洁循环的材料不一定是最好的，因为它们不能提供足够的储存能量。 我们想在手机中使用高容量，低功耗的电池，因为它们比高功率电池更安全（并且成本更低），我们希望它们能够为我们的手机提供电力。 电动车辆可以使用高容量，高功率的电池，因为它们受到坚固框架的保护并且不太可能被损坏。 它们是必要的，因为汽车需要能够在两次充电之间长途跋涉。 但特斯拉Model S替换电池的成本也是12, 000美元。 部分成本来自用于制造锂 - 镍 - 钴 - 铝 - 氧化物电池的昂贵材料，而不是用于电话中的基本锂 - 钴电池，其在降解之前不会持续几乎多的循环。
电压很重要
影响锂离子电池循环次数的最大因素之一是其电压。 电话和汽车并不是唯一可以使用可充电锂电池的设备，2015年，美国能源部花了大量的金钱和时间来确切了解导致问题的原因以及如何减轻这些问题，因为卫星使用的是锂电池和太阳能充电器。 研究发现，在电池组成后，影响电池寿命的下一个最大罪魁祸首是充电电压和保持电荷的电压。
使锂电池工作的化学反应会使阳极自然降解，这就是我们上面谈到的。 但是，如果您为电压超过3.9伏的电池充电，或者存储电压差异高于3.9伏的电池，则阴极（正极）会发生同样的降级。 这实质上将电池的寿命减少了一半。 充电电压和保持电压基本相同，因为您激励电池的所有组件，但充电也会产生热量，充电电压越高，温度越高。 当电池被激励高于3.9伏时施加的热量进一步恶化了阴极的劣化。
没有秘密的电池制造商试图抓住我们; 这都是化学反应。
换句话说，为现代手机供电并快速充电所需的电压意味着几乎不可能“修理”东西。 任何使用电池供电钻头的人都已经看到了这一点。 工具中使用的12或14伏电池的使用寿命几乎与我们手机中的电池一样多。 它们以更高的电压存储和操作，在更高的电压下充电并且更热，并且在几个充电循环后可以显着地受到影响。 他们使用相同的基本锂电池作为手机，因为使用我们在特斯拉S电池中看到的各种材料会使它们更昂贵，而且它们的使用寿命也不长。 谢天谢地，我们可以回收其中的大部分材料，我们不会淹没在丢弃的Makita和Porter-Cable电池的海洋中，锂电池比黄金贵。
好消息是所有制造锂电池的公司都在努力改善生产。 任何能够拿出持续时间更长的第一块电池的人都会从中赚到很多钱。 我们所能做的只是在需要充电时给我们的手机充电，并且知道电池制造商之间没有一些阴谋让我们更频繁地购买新产品。
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