Otázka čitateľa: Rád by som sa opýtal na životnosť nepoužívanej elektroniky s batériou. Od roku 2017 mám v zásuvke neotvorenú škatuľu so smartfónom. Nikdy sa nepoužíval a ani nezapol, takže jeho batéria ešte nikdy nebola nabíjaná. Ako dlho telefón vydrží? Musí sa po určitom čase nabiť alebo môže zostať stále nenabitý až dokým ho budem v budúcnosti potrebovať? Znižuje sa nejako životnosť batérie? Bude použiteľná napr. aj po desiatich rokoch?

Áno, batéria sa neprestajne opotrebováva a ničí. Ide o zariadenie pracujúce na chemickom princípe a jej životnosť je obmedzená a limitovaná aj v prípade, že nie je nikdy použitá.

Kým pri aktívnom používaní vplýva na opotrebovanie batérie predovšetkým počet nabíjacích cyklov a ich povaha, v prípade kompletnej nečinnosti a odpojenia od elektrického okruhu je opotrebovanie spôsobené tým, že jej vlastné materiály chemicky starnú a podliehajú skaze.

Materiály Li-ion batérie v podobe katódy, anódy, viazača a separátora pod mikroskopom
Materiály Li-ion batérie v podobe katódy, anódy, viazača a separátora pod mikroskopom /Foto: CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik/

Aj keď je tento vplyv pravdaže omnoho menší ako aktívne používanie, v horizonte niekoľkých rokov je výrazný a napokon v konečnom dôsledku aj likvidačný. Chemická batéria skrátka nikdy nie je schopná fungovať a ani byť pripravená fungovať naveky.

To, aký veľký je daný vplyv starnutia a akú má vlastne povahu, závisí od typu batérie a teda od použitej chémie a materiálov, ktoré ju tvoria. V základe sa dá na problematiku nazerať z hľadiska samovoľnej straty energie a takisto z hľadiska poškodenia a straty potrebných vlastností.

DÔVOD SAMOVOĽNÉHO ZNIČENIA LI-ION BATÉRIE

Prioritným faktorom zničenia nikdy nepoužitej batérie je efekt jej samovoľného vybíjania, v angličtine označovaného ako self-discharge. Aj keď je batéria celkom odpojená od elektrického okruhu a jej elektródy nie sú prepojené, stále v nej dochádza k maličkému generovaniu elektriny z dôvodu samovoľných chemických reakcií, ktoré nikdy nie sú celkom zamrznuté. Batéria sa tak veľmi pomaličky, ale predsa len vybíja.

Najrezistentnejšie sú v tomto ohľade nenabíjateľné jednorazové batérie. Napríklad ceruzkové alebo gombíkové batérie majú životnosť, respektíve trvanlivosť na úrovni zhruba 7 rokov pri alkalických typoch a 10 až 12 rokov pri typoch založených na lítiu. Ak si ich teda v obchode kúpite, odložíte do skrine a začnete ich používať napríklad až po 3 či 5 rokoch, nemusíte ani spoznať, že ste nejakú energiu stratili. Nič iné ako strata uloženej energie vás totiž pri nich nezaujíma.

Základná štruktúra Li-ion batérie v dnešných smartfónoch

V prípade batérií ktoré sa nabíjajú ide o trochu iný príbeh. V súčasnej elektronike, ako sú napríklad smartfóny, notebooky, tablety, smarthodinky či bezdrôtové slúchadlá, sa používajú batérie typu Li-ion, ktoré v posledných dekádach prešli veľkým vývojom a majú dnes jednoznačne najlepšie energetické vlastnosti z praktického hľadiska.

Li-ion batérie sa samovoľne vybíjajú v dvoch fázach. Najprv v rýchlejšej, pri ktorej stratia zhruba 5 % energie za prvých 24 hodín od posledného nabitia a následne v pomalej, pri ktorej strácajú 1 až 2 % pôvodne držanej energie za mesiac. V niektorých prípadoch mierne viac, do čoho prehovára okrem iného aj teplota a vlhkosť.

Z dôvodu bezpečnosti sa batérie v zariadeniach nikdy nedistribuujú plne nabité, ale obvykle na úrovni nabitia 40 až 50 %. Už z tohto vidíte, že obdobie zhruba 3 až 4 rokov začína byť pre nepredané alebo nepoužívané zariadenia s Li-ion batériou kritické, nakoľko hrozí jej úplné vybitie. Z laického pohľadu sa to síce nemusí zdať problém, pretože nabíjateľná batéria sa dá znova nabiť, avšak problémom je, že pri kompletnom vybití Li-ion dochádza k jej fyzickému poškodeniu.

Samovoľné vybíjanie Li-ion batérie (Samsung INR18650-25R, 1.5 Ah, 3.6 V) a Li-ion kondenzátoru (Taiyo Yuden 3.8 V, 100 F) behom prvých 14 dní /DOI:10.3390/batteries4030035/

Pri normálnej prevádzke kompletnému vybitiu bráni ochranný elektronický mechanizmus a manažment, ktorý ju včas odpojí od okruhu. Zariadenie a riadiaci okruh batérie prakticky nedovolí používateľovi, aby batériu vybil až na fyzickú kritickú hranicu, ktorú v základe reprezentuje napätie 2,5 V na každý samostatný článok.

Napríklad ak vám telefón reportuje, že už zostáva len 1 až 2 % kapacity a následne sa pri klesnutí na nulu vypne, tak to ešte nie je moment, kedy je batéria interne naozaj úplne vybitá. Je to len moment, ktorý sa rozpoznáva ako bezpečná ochranná hranica pre vypnutie. Mechanizmus je navrhnutý tak, aby batéria ešte niekoľko dní, či týždňov zvládla ležať nepoužívaná a „vybitá“ a jej samovoľné vybíjanie nespôsobilo prerazenie kritickej hranice.

Akonáhle ale samovoľné vybíjanie pokračuje pridlhú dobu, napríklad tým že batériu roky nepoužívate, napokon k poklesu pod kritickú hranicu nevyhnutne dôjde.

Pod hodnotou 2,5 V sa začnú ióny v elektrolyte náhodne formovať do celistvých zhlukov a štruktúr, tzv. dendritov. V základe ide o rozvetvujúce sa kryštáliky pripomínajúce stromčeky či korienky, ktoré postupom času začnú naberať na rozmere a rásť. Behom niekoľkých dní až týždňov môžu narásť až do rozmeru, pri ktorom vytvoria priame premostenie medzi anódou a katódou, čo sa prevtelí do skratovania a poškodenia celej batérie.

SAMOVOĽNÉ ZNIČENIE LI-ION BATÉRIE

Proces zničenia Li-ion batérie
Samovoľný rast dendritov a zničenie Li-ion batérie

Poškodená batéria sa z pohľadu bežného používateľa prakticky prejaví tak, že zariadenie nie je schopné pracovať viac ako pár minút (či dokonca sekúnd) a vybije sa, aj napriek tomu že ste ho dobili na maximum. Alternatívou je, že zariadenie síce naoko funguje a batéria sa ukazuje ako plne nabitá, ale okamžite sa vypne pri náhlom väčšom odbere energie, pričom pri opätovnom zapnutí sa ukazuje ako výrazne, alebo takmer úplne vybitá. Prejavy sú rôzne a možná je takisto aj úplná nepoužiteľnosť.

V praxi pravdaže nie je možné určiť, kedy ku kritickému poškodeniu dôjde, pretože tvorba dlhých dendritov má v mnohých ohľadoch náhodný charakter. Batériu tak v praxi prednostne vyradí z činnosti jej kontrolný okruh, ktorý sa aktivuje v prípade, ak napätie poklesne pod 2,5 V či u niektorých výrobcov pod 2 V na článok. V základe sa tak umelo zabráni tomu, aby ste batériu už mohli nabiť, pretože hrozí, že dendrity v jej elektrolyte sú príliš veľké a v prípade snahy o opätovné nabíjanie a používanie batérie hrozí, že masívny skrat spôsobí výbuch, respektíve naštartovanie exotermickej reakcie, ktorá prerazí telo batérie a spôsobí požiar. Podrobnejšie sme sa tomuto javu venovali v článku „Prečo vlastne telefóny horia a vybuchujú?“, zo série článkov Čo je prečo tak.

AKO ŽIVOTNOSŤ NEPOUŽÍVANEJ BATÉRIE PREDĹŽIŤ

Za predpokladu, že vo vašom prípade ešte nedošlo k trvalému poškodeniu batérie úplným vybitím, je žiaduce, aby ste na jej stav pravidelne nazerali.

Je vhodné, ak zhruba raz za rok zariadenie zapnete, batériu skontrolujete a nabijete ju opäť na zhruba 50 až 60 %. Pri skladovaní v izbovej teplote je možné, že batéria si zachová funkčný stav dlhodobo, napríklad aj desať a viac rokov.

To pravdaže neznamená, že sa bude pri eventuálnom začatí plnohodnotného používania chovať ako nová. Jej materiály stále starnú a aj keď za dekádu či viac prejde len desiatimi či dvadsiatimi nabíjacími cyklami, vo výsledku už jej stav napokon nebude príliš odlišný od používanej batérie.

Jej schopnosť udržať energiu bude čoraz menšia, jej nárazové poskytovanie dostatočne veľkého elektrického toku čoraz problematickejšie. V základe by vôbec nebolo prekvapivé, ak by batéria ležiaca desať či viac rokov v šuplíku, ktorú ste chránili pred úplným vybitím údržbou, dosahovala pri začatí používania podobné hodnoty, ako opotrebovaná batéria, aktívne používaná štyri či päť rokov.

Je pravdaže nemožné presne odpovedať, ako bude stav vašej batérie kedy vyzerať, pretože konštrukcia aj chemické vlastnosti Li-ion batérií rôznych výrobcov a modelov sa líšia, rovnako ako aj teploty, v ktorých sa nachádza. Ideálna teplota skladovania je obvykle v rozsahu 5 až 20 °C, kedy je príchod negatívnych efektov najpomalší. Hlavne vyššia teplota ich príchod urýchli.

Pamätajte na to, že výrobcovia nastavujú a navrhujú batérie svojich zariadení pre situácie, v akých sa používajú. Situácia, pri ktorej sa mnoho rokov batéria nepoužíva a zariadenie leží nepoužívané v zásuvke „nové“, tento prípad rozhodne nie je.

Prečítajte si aj:

Značky: