يُلاحظ الكثيرون منّا أنّ كفاءة البطّاريّة القابلة لإعادة الشحن التي نستخدمها بشكلٍ يوميّ سواء في الهاتف أو اللاب توب وغيرها من الأجهزة، تنخفض بشكلِ ملحوظ بعد فترة من الاستخدام، بحيث لم تعد تصمد لنفس الفترة مثلما كانت وهي جديدة، بل صار شحن البطّاريّة ينفذ سريعًا ويدوم لوقتٍ أقلّ، وقد يصل الأمر في النهاية لتلف البطّاريّة بشكل كامل. قد يعود هذا لأسباب تتعلّق بجودة التصنيع أحياناً، لكن حتى لو كانت البطارية من إنتاج علامة تجارية مرموقة فربما يكون السبب ناتج عن طبيعة بعض أنواع البطّاريّات مثل بطّاريّات أيون الليثيوم التي تُستعمل في معظم الهواتف الذكيّة والحواسب المحمولة اليوم، والتي تتحلّل مع الاستخدام إلى جانب بعض الممارسات الخاطئة أثناء استخدام تلك البطّاريّات.
في إطار ذلك، دعونا في هذا المقال نستعرض بعض أهمّ أسباب انخفاض كفاءة البطّاريّة القابلة لإعادة الشحن، وسبل تفاديها للحفاظ على البطّاريّة بحالة جيّدة لأطول وقت ممكن.
اولًا، أنواع البطّاريّات القابلة لإعادة الشحن
في البداية نودّ أن نشير إلى ان هذا المقال لا يختص بالذكر بطاريات الهواتف الذكية، بل البطّاريّات القابلة لإعادة الشحن ككل. هنالك العديد من أنواع البطّاريّات القابلة لإعادة الشحن، والتي يختلف استخدام كلّ منها كما يختلف عُمرها الافتراضيّ.
بشكل عام، تتكوّن أيّ بطّاريّة من خليّة واحدة أو أكثر وتتمثّل مهمّتها الأساسية في اختزان الطاقة الكهربائيّة ثم إعادة تفريغها لاستخدامها في تشغيل الأجهزة والمعدّات المختلفة عند الحاجة لذلك. كانت أوّل بطاريّة أتت للوجود هي التي اخترعها الفيزيائيّ الإيطاليّ أليساندرو فولتا في عام 1800، والتي كانت بطاريّة بسيطة تتكوّن من قطبين كهربيّين وإلكتروليت، وتتم التفاعلات الكيميائيّة داخل خليّة البطاريّة لكي تسمح بتدفّق الإلكترونات عبر الإلكتروليت من قطب الخليّة السالب إلى قطبها الموجب، وهو ما يؤدّي إلى نشوء جهد كهربيّ يُمرر تيّارًا كهربيّا داخل البطّاريّة.
تنقسم البطّاريّات إلى نوعين رئيسيّين أحدهما غير قابل لإعادة الشحن (وهو ليس موضوع حديثنا اليوم)، والثاني هو النوع القابل لإعادة الشحن، والذي يضمّ أنواعًا فرعيّة عديدة، ومنها:
بطّاريّات النيكل كادميوم
تُعدّ بطّاريّة النيكل كادميوم واحدة من أقدم أنواع البطّاريّات القابلة لإعادة الشحن استخدامًا، والتي لا تزال مستخدمة حتّى اليوم، فهي تتميّز بموثوقيّة ومتانة عالية للغاية، كما أنّها رخيصة الثمن، وتتمتّع بعمر افتراضيّ طويل جدًّا حيث يُمكن استخدامها وإعادة شحنها حوالي 1000 مرّة، وهو ما يعني إمكانيّة تفريغها وشحنها مرّة يوميًّا على مدار ثلاث سنوات قبل أن تتلف.
بطّاريّات النيكل هيدريد
يُعتبر هذا النوع جديد العهد نسبيًّا، وهو صورة مطوّرة من بطّاريّات النيكل هيدروجين. تتميّز البطّاريّة على الرغم من ثمنها الباهظ بعُمر افتراضي طويل قد يصل إلى 1000 دورة شحن، وبسعة لتخزين الطاقة أعلى بكثير من بطّاريّات النيكل كادميوم، وتُستخدم بشكلٍ خاص في الأقمار الصناعيّة وتطبيقات الفضاء.
بطّاريّات أيون الليثيوم
تُعدّ بطّاريّات أيون الليثيوم هي الأكثر استخدامًا اليوم في الأجهزة الإلكترونيّة مثل الهواتف الذكيّة وأجهزة اللابتوب، فعلى الرغم من ارتفاع ثمنها، والذي يزيد بنحو 40% عن بطّاريّات النيكل، إلّا أنّها تتميّز بصغر حجمها وسعتها الكبيرة، وإمكانيّة الحصول منها على جهود عالية جدًّا حيث توفّر ما يصل إلى 3.6 فولت، وهو ما يعادل ثلاثة أضعاف الجهد الكهربيّ الذي توفّره بطّاريّات النيكل كادميوم وبطّاريّات النيكل هيدريد، كما لا تعاني بطّاريّات أيّون الليثيوم بشكل كبير من بعض المشكلات الموجودة في بطّاريات النيكل مثل تأثير الذاكرة، والتفريغ الذاتيّ كما سيتّضح لنا في السطور التالية.
ثانيًا، أسباب تدهور البطّاريّات القابلة لإعادة الشحن
1) تأثير الذاكرة - Memory Effect
تحدث هذه الظاهرة التي تُعرف باسم «تأثير الذاكرة» في بعض البطّاريّات الكهربائيّة القابلة لإعادة الشحن مثل بطّاريّات النيكل كادميوم، والنيكل هيدريد، حين يقوم المستخدم بإعادة شحن البطّاريّة قبل أن يتمّ تفريغ طاقتها بالكامل، ممّا قد يدفع البطّاريّة إلى تكوين شكل من أشكال الذاكرة يجعلها تتصوّر أن نفس القدر من الطاقة هو المطلوب لملأ سعة البطّارية في كلّ مرة شحن لاحقة، وهو الأمر الذي يدفعها لأن تكرّر نفس دورة الشحن غير المكتملة في المرّات التالية عند إعادة شحنها.
كما يحدث تأثير الذاكرة أيضًا في بعض خلايا البطّاريّات حين يتفاعل المعدن الموجود حول أقطاب البطّاريّة مع الإلكتروليت ليكوّنا بعض الأملاح، ثمّ عند ذوبان هذه الأملاح تتبادل الأقطاب المعادن المترسّبة عليها عند إعادة الشحن، بحيث يعتمد مقدار بلّورات المعادن المترسّبة عند الأقطاب على حالة شحن البطّاريّة التي ستبدأ من عندها عمليّة إعادة الشحن، وكلّ من جهد وتيار الشحن، بالإضافة إلى درجة الحرارة.
لذا، إذا كنت تستخدم بطّاريات النيكل كادميوم فإنّ أفضل طريقة لتفادي تأثير الذاكرة هي معايرة البطارية باستمرار بحيث تقوم بتفريغها من الطاقة لتحتوي فقط على مقدار 1 فولت لكل خليّة، ثمّ تعيد شحنها بالكامل، كذلك ينصح بتخزينها بعيدًا عن درجات الحرارة والرطوبة العالية بل يجب أن تبقى في مكان جاف وبارد لحمايتها من التلف.
2) الشحن الكامل والتفريغ الكامل
يظنّ البعض أنّه من الممكن الإبقاء على البطّاريّة القابلة لإعادة الشحن بحالة جيّدة من خلال شحنها بالطاقة بالكامل أي بنسبة 100% ثم استخدامها حتى تنفذ منها الطاقة بالكامل، أي تصل لنسبة طاقة 0%. حسنًا، هذا قد يكون صحيحًا بالنسبة لبعض أنواع البطّاريّات القديمة نوعًا، ولكنّه لا ينطبق على أنواع البطّاريّات الأحدث مثل بطاريّة أيون الليثيوم الموجودة في معظم الهواتف الذكيّة، والتي تتعرّض مكوّناتها الداخليّة لأكبر قدر من الضغط في حالة ملأها بالطاقة بالكامل أو تفريغها من الطاقة بالكامل، ويمكن أن تُعرّضها تلك الزيادة في الضغط أو الحرارة إلى الاحتراق أو التلف.
لا تعاني بطّاريّات أيون الليثيوم كما ذكرنا من قبل من تأثير الذاكرة مثلما يحدث في بطّاريّات النيكل كادميوم، وبالتالي؛ فقد يكون الحلّ للحفاظ على كفاءة بطّاريّة أيون الليثيوم لعمر أطول هو شحنها بنسبة تتراوح ما بين 80-90% واستخدامها، ثم نبدأ في إعادة شحن البطّاريّة قبل أن تنخفض نسبة الطاقة المختزنة بها إلى نحو 20%.
3) الشحن الزائد
كثير من المستخدمين يتركون هواتفهم متصّلة بمقبس الكهرباء لساعات حتّى بعد انتهاء شحن البطّاريّة بنسبة 100% ظنًّا منهم أنّه لا يوجد خطر من ذلك.
في الحقيقة هناك بعض الهواتف وأجهزة الحواسب المتطوّرة تكون بالفعل مزوّدة بخاصيّة تمكّنها من تفادي حدوث الشحن الزائد، أي أنّها تقوم بمنع سريان المزيد من الكهرباء إلى أقطاب البطّاريّة تلقائيًّا بمجرد بلوغ الطاقة المختزنة حدودها القصوى واكتمال الشحن، أو تكون مزوّدة بخاصّية الشحن التكيّفيّ، والتي تعمل على توزيع مستويات شحن الطاقة إلى البطّاريّة على فترات خلال مدى زمني أطول لإبطاء عمليّة الشحن أثناء ساعات الليل أو فترات عدم الاستخدام إلى أن يتثنى للمستخدم فصل الكهرباء عن الهاتف.
تضمن مثل هذه الطرق سلامة المستخدم، ولكن ماذا لو فشلت وسائل الحماية هذه في كبح استمرار سريان الكهرباء بعد اكتمال الشحن ؟ وماذا عن تأثير ذلك على كفاءة وعمر البطّاريّة ؟
عند توصيل بطّاريّة أيون الليثيوم على سبيل المثال بمقبس الكهرباء بغية شحنها فإن البطّاريّة ستسحب تيّارًا ثابتًا حتّى تصل قيمة الجهد الكهربيّ داخل الخلايا إلى 4.2 فولت، ثمّ يثبت الجهد بعد ذلك ويستمرّ شحن البطّاريّة بالطاقة لفترة معيّنة حتّى يكتمل الشحن. وفي حالة عدم فصل الكهرباء بعد اكتمال عمليّة الشحن فإن المزيد من الطاقة الكهربيّة ستستمر في التدفّق إلى داخل البطّاريّة ممّا سيتسبّب في رفع قيمة الجهد الكهربيّ بداخل الخلايا، وهو ما سيقلّل من كفاءة البطّاريّة وعمرها الافتراضيّ.
كما سينتج عن الطاقة الزائدة توليد المزيد والمزيد من الحرارة، ما يؤثر على التفاعلات الكيميائيّة التي تجري داخل الخلايا فتخلق ظروف كيميائيّة غير مستقرة داخل البطّاريّة قد ينجم عنها تسرّب بعض الغازات في بعض أنواع البطّاريّات مثل بطّاريّة بوليمر الليثيوم، وارتفاع الضغط داخل البطّاريّة. يقلل كلّ ذلك من العمر الافتراضيّ للبطّاريّة وكفاءتها وقد يؤدّي إلى احتراقها أو تلفها تمامًا.
قد تسبّب زيادة الجهد وارتفاع درجة الحرارة نتيجة الشحن الزائد أيضًا انفجار البطّاريّة أو احتراقها في بعض الحالات النادرة لتشكّل بذلك خطورة على المستخدم، ومن ثمّ ينبغي الحرص دائمًا على فصل الكهرباء عن البطاّريّات القابلة لإعادة الشحن متى اكتمل شحنها.
4) التفريغ الذاتيّ
تحدث ظاهرة التفريغ الذاتيّ في البطّاريّات القابلة لإعادة الشحن عندما تتسبّب التفاعلات الكيميائيّة التي تحدث داخل البطّاريّة بين الأقطاب غير المتّصلة إلى تقليل كمّية الشحنة الكهربيّة المختزنة بداخلها وهي في حالة عدم الاستخدام، ممّا يؤثّر على إمكانيّة وصول البطّاريّة إلى حالة الشحن الكامل عند الاستخدام، ويقلّل من العمر الافتراضيّ لها في المجمل.
يعتمد معدّل حدوث التفريغ الذاتيّ للبطّاريّة على عدّة عوامل مثل نوع البطّاريّة، وحالة الشحن، وتيّار الشحن، ودرجة الحرارة المحيطة. تُعاني بطاريات أيون الليثيوم من مشكلة التفريغ الذاتيّ بدرجة أقلّ مقارنةً بمثيلاتها من الأنواع الأخرى، إذ يتمّ تفريغها ذاتيًّا بمُعدّل حوالي 2-3% شهريًّا، بينما تتعرّض بطّاريّات النيكل كادميوم للتفريغ الذاتيّ بمعدّل 15-20% شهريًّا، وتتعرّض بطّاريّات النيكل هيدريد للتفريغ الذاتيّ بمعدّل 30% شهريًّا فيما عدا بطّاريّات النيكل هيدريد منخفضة التفريغ الذاتيّ، والتي تكون مشحونة باستمرار ليتراوح مُعدّل التفريغ الذاتيّ فيها ما بين 2-3% شهريًّا.
يُقلّل تخزين البطّاريّات القابلة لإعادة الشحن في درجات الحرارة المنخفضة من معدّلات حدوث التفريغ الذاتيّ ممّا يحافظ على الطاقة الأوّليّة المُختزنة داخل البطارية.
5) درجة الحرارة الزائدة
يؤدّي تشغيل البطارية القابلة لإعادة الشحن في درجات الحرارة المرتفعة إلى خفض المقاومة الكهربية للبطّاريّة، وهي المعاوقة التي يعاني منها التيّار الكهربي أثناء سريانه بين الأقطاب ممّا يتيح للبطّاريّة إمداد جهازك بقدر أكبر من الطاقة، ولكن ماذا عن تأثير ذلك على كفاءة البطّاريّة وعمرها الافتراضيّ ؟
بالطبع تتأثر التفاعلات الكيميائيّة التي تحدث داخل البطّاريّة بدرجة الحرارة المحيطة كما ذكرنا من قبل، وخاصّة بارتفاع درجة الحرارة، والتي تقلّل من عمر البطّاريّة ومن عدد دورات الشحن الممكنة قبل تلف البطّاريّة، فالبطّاريّة القابلة لإعادة الشحن التي تعمل بكفاءة عالية في محيط درجة حرارته حوالي 20 درجة مئويّة تفقد نحو 40% من عمرها الافتراضيّ إذا تمّ تشغيلها في درجة حرارة 11,46 درجة مئويّة.
توصي معظم الشركات المصنّعة للبطّاريّات القابلة لإعادة الشحن باستخدام منتجاتها في درجة حرارة الغرفة أو حولها، أي ما بين حوالي 20-70 درجة مئويّة. حيث أنّ تشغيل أو شحن البطّاريّة في درجات الحرارة المختلفة خارج هذا النطاق سوف يؤدّي إلى اختلاف كبير في الأداء عند تشغيل البطارية، ويمكننا ملاحظة هذا الفارق في التشغيل بأنفسنا ما بين بطارية تعمل في درجات حرارة منخفضة وبطارية أخرى تعمل في درجات حرارة عالية.
6) درجة الحرارة المنخفضة للغاية
كما عرفنا أنّ لدرجة الحرارة المحيطة تأثير كبير على العمر الافتراضي للبطّاريّة، وأن ارتفاعها سيؤدّي إلى تقليل المقاومة الكهربيّة داخل البطّاريّة؛ وبالتالي فالعكس صحيح، أي أنّ تشغيل البطّارية القابلة لإعادة الشحن في درجات الحرارة المنخفضة للغاية والبرودة الشديدة سيؤدّي إلى زيادة المقاومة الكهربيّة بداخلها، وهذا سيقلّل من مقدار الطاقة المختزنة التي ستمدّ بها البطاريّة جهازك ممّا يعني انخفاض كفاءة البطّاريّة وتقليل عمر التشغيل في كلّ مرّة قبل نفاذ الشحن.
لكن سيؤدّي هذا أيضًا إلى زيادة عدد دورات الشحن أو المرّات التي يمكنك فيها شحن وتفريغ بطاريتك قبل أن تتلف تمامًا، أي أنّ انخفاض زمن وكفاءة التشغيل الناجم عن الانخفاض الكبير في درجة الحرارة سيؤدّي إلى إطالة العمر الافتراضيّ للبطّاريّة.
7) استخدام شاحن غير مناسب
يُعتبر استخدام الشاحن المناسب لشحن بطّاريّتك أمرًا بالغ الأهمّية للحفاظ على كفاءتها وحمايتها من التلف، حيث يجب أن يتطابق جهد خرج الشاحن المستخدم في عمليّة الشحن مع جهد البطّاريّة، وأن يتساوى كلّ منهما في معدّل تدفّق التيّار الكهربيّ بالأمبير ساعة لتفادي حدوث مشكلة الشحن الزائد.
اقرأ أيضًا: لماذا يهم معرفة نوع الشاحن الذي تستخدمه لهاتفك
ثالثًا، نصائح للحفاظ على عُمر البطّاريّة في أجهزتك
- لتفادي انخفاض كفاءة بطّاريّة جهازك بسبب تأثير الذاكرة إذا كانت من نوع النيكل كادميوم، فعليك أن تقوم بتفريغها من الطاقة بشكل شبه كامل، ثمّ تعيد شحنها بالكامل، كما يوصى بتخزينها بعيدًا عن درجات الحرارة والرطوبة العالية وإبقائها في مكان جاف وبارد لحمايتها من التلف.
- إذا كان جهازك يستخدم بطّاريّة من نوع أيون الليثيوم فينبغي عليك استخدامها حتّى تنخفض طاقتها إلى 20% من سعتها، وعندئذٍ تعيد الشحن حتى تصل الطاقة المختزنة بها إلى نحو 80-90% من سعة البطّاريّة.
- ينبغي تفادي حدوث الشحن الزائد للبطّاريّة عن طريق شحنها باستخدام شاحن متوافق لتفادي شحنها بجهد أعلى من الجهد المقنّن لها، وعدم تركها متّصلة بمقبس الكهرباء لفترات طويلة بعد اكتمال عمليّة الشحن، ويمكن بالنسبة لبطّاريّات أيون الليثيوم شحنها جزئيًّا على فترات.
- عليك تفادي استخدام وشحن بطّاريّة الجهاز في درجات الحرارة العالية للغاية أو المنخفضة للغاية، وحاول استخدامه عند درجات حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة قدر الإمكان، فإذا كنت متواجد في بيئة باردة للغاية يمكن الموازنة بين الحفاظ على عُمر هاتفك والحصول على كفاءة أداء جيّدة من خلال إبقاء الهاتف في أحد الجيوب القريبة لجسمك كي تحتفظ البطّاريّة بدرجة حرارة معتدلة. وفي حال التواجد في الأجواء شديدة الحرارة، احرص على وضع أو استخدام هاتفك بالقرب من مكيّف الهواء لخفض درجة حرارته قدر الإمكان إلى درجة حرارة الغرفة.
