Kaip ta maža dėžutė po klaviatūra laiko mus prisijungusius prie pasaulio
Prisimenu, kaip prieš kokius penkiolika metų mano pirmasis nešiojamasis kompiuteris veikdavo gal valandą nuo baterijos, jei labai saugodavai energiją. Dabar sėdžiu kavinėje, rašau šį tekstą, ir baterijos indikatorius rodo dar 6 valandas. Kas pasikeitė? Viskas prasideda nuo tos plokščios dėžutės, kuri slypi po klaviatūra ar ekranu – nešiojamojo kompiuterio baterijos.
Dauguma žmonių apie bateriją galvoja tik tada, kai ji pradeda greitai išsikrauti arba kompiuteris netikėtai išsijungia. Bet iš tiesų tai viena sudėtingiausių ir nuolat tobulėjančių technologijų, kuri lemia, ar jūsų nešiojamasis tikrai bus nešiojamas, ar taps dar vienu stacionariu kompiuteriu su laidais.
Ličio jonų karalystė – kodėl būtent ši technologija užvaldė rinką
Beveik visi šiuolaikiniai nešiojamieji kompiuteriai naudoja ličio jonų (Li-ion) arba ličio polimerines (Li-Po) baterijas. Tai ne atsitiktinumas – šios technologijos triumfas prasidėjo devintojo dešimtmečio pabaigoje, kai Sony komercializavo pirmąsias ličio jonų baterijas.
Pagrindinis principas čia gana paprastas, nors cheminiai procesai – sudėtingi. Baterijoje yra dvi pusės: anodas (neigiamas polius) ir katodas (teigiamas polius), o tarp jų – elektrolitas, per kurį keliauja ličio jonai. Kai kraunate bateriją, ličio jonai juda iš katodo į anodą. Kai naudojate kompiuterį, procesas apsiverčia – jonai keliauja atgal, ir šis judėjimas sukuria elektros srovę, kuri maitina jūsų įrenginį.
Kodėl ličis? Nes tai vienas lengviausių metalų gamtoje, o lengvumas – kritiškai svarbus nešiojamiems įrenginiams. Be to, ličio jonų baterijos pasižymi dideliu energijos tankiu – tai reiškia, kad nedidelėje erdvėje galima sukaupti daug energijos. Palyginkite su senomis nikelio-kadmio baterijomis, kurios buvo sunkesnės, turėjo „atminties efektą” ir buvo daug mažiau efektyvios.
Kas vyksta viduje – baterijos anatomija
Jei galėtumėte atidaryti nešiojamojo kompiuterio bateriją (ko, beje, daryti nerekomenduoju), pamatytumėte ne vieną didelę bateriją, o kelias ar net keliolika mažesnių cilindrų ar plokščių elementų, sujungtų tarpusavyje. Dažniausiai tai 18650 formato elementai – cilindrų pavidalo baterijos, kurių skersmuo 18 mm, o ilgis 65 mm. Taip, tos pačios, kurias naudoja Tesla savo elektromobilių baterijų pakuose, tik žymiai mažiau jų.
Kiekvienas toks elementas paprastai duoda apie 3,6-3,7 volto įtampos. Kad gautų reikiamą įtampą ir talpą, gamintojai jungia šiuos elementus nuosekliai ir lygiagrečiai. Pavyzdžiui, jei matote baterijos specifikacijose „6 celių” ar „9 celių”, tai reiškia, kad viduje yra atitinkamai 6 ar 9 atskiri elementai.
Bet tai ne viskas. Šiuolaikinė nešiojamojo baterija – tai mažas kompiuteris kompiuteryje. Joje yra valdymo schema (BMS – Battery Management System), kuri nuolat stebi kiekvieno elemento būklę, temperatūrą, įtampą, užtikrina, kad kraunant ar iškraunant nepažeistų baterijos, ir bendrauja su kompiuterio sistema, pranešdama apie likusią įkrovą.
Kodėl baterijos sensta ir kaip tai sulėtinti
Štai kas daugeliui kelia klausimų – kodėl po metų ar dvejų baterija jau nebelaiko taip, kaip nauja? Atsakymas slypi cheminiuose procesuose, vykstančiuose kiekvieną kartą kraunant ir iškraunant.
Kiekvieną kartą, kai ličio jonai keliauja pirmyn ir atgal, anodo ir katodo medžiagos pamažu degraduoja. Ant anodo paviršiaus formuojasi vadinamasis SEI sluoksnis (Solid Electrolyte Interface), kuris suriša dalį ličio jonų, todėl jų lieka mažiau aktyviam darbui. Katodo medžiagos kristalų struktūra taip pat pamažu keičiasi. Rezultatas – baterijos talpa mažėja.
Yra keletas dalykų, kurie šį procesą pagreitina:
Aukšta temperatūra – tai baterijos priešas numeris vienas. Jei nešiojamasis nuolat įkaista, baterija sensta dvigubai ar net trigubai greičiau. Todėl venkite naudoti kompiuterį ant minkštų paviršių, kurie blokuoja ventiliacijos angas, ir reguliariai valykite ventiliatorius nuo dulkių.
Pilnas įkrovimas ir visiška iškrova – nors intuityviai atrodo, kad reikėtų visiškai iškrauti ir pilnai įkrauti, ličio jonų baterijoms tai kenkia. Jos „jaučiasi” geriausiai, kai įkrovos lygis svyruoja tarp 20% ir 80%. Kai kurie gamintojai net įdiegia specialius režimus, kurie riboja maksimalų įkrovimą iki 80%, jei žinote, kad kompiuteris dažniausiai bus prijungtas prie elektros tinklo.
Ilgas laikymas visiškai iškrautą ar pilnai įkrautą – jei planuojate nešiojamąjį laikyti nenaudojamą ilgesnį laiką, idealus įkrovos lygis yra apie 50-60%. Visiškai įkrauta baterija, laikoma ilgą laiką, sensta greičiau.
Greito krovimo magija ir jos kompromisai
Šiuolaikiniai nešiojamieji dažnai giriasi greito krovimo funkcija – 80% per valandą ar net greičiau. Kaip tai veikia ir ar yra kokia nors kaina už šį patogumą?
Greitas krovimas reiškia, kad į bateriją leidžiama didesnė srovė. Įsivaizduokite, kad baterija – tai baseinas, kurį galite pripildyti plonu žarneliu ar storu vamzdžiu. Storas vamzdis pripildo greičiau, bet sukelia daugiau turbulencijos. Panašiai ir su baterija – didesnis krovimo srovės stipris reiškia intensyvesnius cheminius procesus ir šiek tiek didesnį nusidėvėjimą.
Tačiau šiuolaikinės baterijos valdymo sistemos yra protingos. Jos taiko vadinamąjį „pakopinį” krovimą. Pradžioje, kai baterija tuščia, leidžiama maksimali srovė (greitas krovimas). Kai pasiekiama apie 80%, krovimas sulėtėja, o paskutiniai 10-20% kraunami labai lėtai. Tai apsaugo bateriją nuo perkrovimo ir sumažina nusidėvėjimą.
Daugelis šiuolaikinių nešiojamųjų naudoja USB-C Power Delivery standartą, leidžiantį krauti iki 100 W galia. Tai reiškia, kad net galingi žaidimų nešiojamieji gali būti kraunami per tą patį prievadą, kuriuo kraunate telefoną – tereikia tinkamo galingumo kroviklio.
Alternatyvios technologijos ir ateities perspektyvos
Nors ličio jonų technologija dominuoja, mokslininkai ir inžinieriai nesiliauja ieškoti geresnių sprendimų. Keletas perspektyvių krypčių:
Kietojo elektrolito baterijos – vietoj skystojo elektrolito naudoja kietąjį. Tai teoriškai leidžia pasiekti didesnį energijos tankį, geresnį saugumą (mažesnė gaisro rizika) ir ilgesnį tarnavimo laiką. Toyota ir kiti gamintojai intensyviai dirba prie šios technologijos, bet masinė gamyba dar kelių metų perspektyvoje.
Ličio-sieros baterijos – gali sukaupti iki 5 kartų daugiau energijos nei dabartinės ličio jonų baterijos. Problema – sieros katodas greitai degraduoja, ir kol kas niekas nėra išsprendęs, kaip tai sustabdyti.
Grafeno baterijos – grafenas, tas stebuklingas vieno atomo storio anglies sluoksnis, žada revoliuciją daugelyje sričių, įskaitant baterijas. Grafeno baterijos galėtų krauti daug greičiau ir laikyti daugiau energijos, bet kol kas tai daugiau laboratoriniai eksperimentai nei komercinė realybė.
Artimiausiu metu tikėtina evoliucija, o ne revoliucija. Gamintojai nuolat tobulina elektrodų medžiagas, elektrolito sudėtį, baterijos valdymo sistemas. Kiekvienais metais baterijos tampa šiek tiek efektyvesnės, ilgaamžiškesnės ir saugesnės.
Praktiniai patarimai kasdieniam naudojimui
Dabar, kai suprantate, kaip veikia baterija, štai keletas konkrečių rekomendacijų, kaip pratęsti jos tarnavimo laiką:
Naudokite originalų ar kokybišką kroviklį. Pigūs analogai gali netinkamai reguliuoti įtampą ir srovę, kas trumpina baterijos gyvenimą.
Stebėkite temperatūrą. Jei nešiojamasis įkaista, sustabdykite resursų reikalaujančias užduotis, patikrinkite, ar neužsikimšę ventiliatoriai. Yra programų, kurios rodo kompiuterio temperatūrą – HWMonitor, Core Temp ir panašios.
Kalibruokite bateriją kartą per kelis mėnesius. Tai reiškia – leiskite jai iškrautis iki 5-10%, tada pilnai įkraukite. Tai padeda baterijos valdymo sistemai tiksliau įvertinti likusią talpą.
Jei dažnai dirbate prijungę prie elektros tinklo, kai kurie gamintojai (Dell, Lenovo, ASUS) siūlo programinę įrangą, leidžiančią apriboti maksimalų įkrovimą iki 60-80%. Tai žymiai prailgina baterijos gyvenimą.
Atnaujinkite BIOS ir tvarkykles. Gamintojai dažnai išleidžia atnaujinimus, kurie optimizuoja energijos valdymą ir baterijos darbą.
Reguliuokite ekrano ryškumą. Ekranas – vienas didžiausių energijos vartotojų. Sumažinus ryškumą nuo 100% iki 70%, galite laimėti papildomą valandą ar daugiau autonominio darbo.
Kai baterija nebepakeliama – keitimas ar perdirbimas
Anksčiau ar vėliau kiekviena baterija pasiekia tašką, kai jos talpa sumažėja tiek, kad nešiojamasis tampa praktiškai stacionariu kompiuteriu. Paprastai tai įvyksta po 500-1000 pilnų krovimo ciklų, kas atitinka maždaug 2-4 metus aktyvaus naudojimo.
Kai kuriuose nešiojamuosiuose bateriją galima pakeisti patiems – tiesiog atidarius galinį dangtelį. Tačiau daugelis šiuolaikinių ultraplonikų modelių turi įmontuotas baterijas, kurių keitimui reikia išardyti beveik visą kompiuterį. Jei neturite patirties, geriau kreiptis į serviso centrą.
Svarbu: niekada nemeskite senosios baterijos į paprastą šiukšlių dėžę. Ličio jonų baterijos turi būti perduotos specialioms perdirbimo įmonėms. Daugelyje elektronikos parduotuvių yra surinkimo punktai. Netinkamai išmestos baterijos ne tik teršia aplinką, bet ir kelia gaisro pavojų sąvartynuose.
Energijos revoliucija mūsų kuprinėse
Nešiojamojo kompiuterio baterija – tai daugiau nei tik energijos šaltinis. Tai technologija, kuri per pastaruosius dešimtmečius iš esmės pakeitė mūsų darbo ir gyvenimo būdą. Ji leido mums dirbti kavinėse, keliauti su kompiuteriu, būti produktyviems bet kur.
Žinodami, kaip veikia baterija ir kas jai kenkia, galime pratęsti jos tarnavimo laiką ir išlaikyti nešiojamąjį tikrai nešiojamą ilgiau. Tai ne raketų mokslas – tiesiog šiek tiek dėmesio temperatūrai, krovimo įpročiams ir bendrai priežiūrai.
O ateitis atrodo dar šviesesnė. Su naujomis medžiagomis ir technologijomis, galbūt netrukus sulaukime nešiojamųjų, kurie veiks savaitę be krovimo, arba bateriją bus galima įkrauti per kelias minutes. Kol kas džiaugiamės tuo, ką turime, ir stengiamės tai išlaikyti kuo ilgiau. Juk geriausia baterija – ta, kuri tarnaus ilgiausiai.