Ի՞նչ է հիշողության էֆեկտը:

Հիշողության էֆեկտը մի երևույթ է, երբ վերալիցքավորվող մարտկոցները կորցնում են իրենց էներգիայի առավելագույն հզորությունը, երբ բազմիցս լիցքավորվում են միայն մասամբ լիցքաթափվելուց հետո: Մարտկոցը կարծես թե «հիշում» է ավելի փոքր հզորությունը և ավելի քիչ էներգիա է հաղորդում, քան սկզբում կարող էր: Սա հիմնականում տեղի է ունենում նիկելի-կադմիումի (NiCd) և նիկելի-մետաղական հիդրիդի (NiMH) մարտկոցներում, թեև խստությունը և մեխանիզմները տարբերվում են այս քիմիայի միջև:

Գիտությունը հիշողության էֆեկտի հետևում

Հիշողության էֆեկտը ներառում է բարդ էլեկտրաքիմիական գործընթաց, որը փոխում է մարտկոցի ներքին կառուցվածքը: Երբ NiCd մարտկոցը բազմիցս լիցքաթափվում է նույն մակարդակի վրա, նախքան վերալիցքավորումը, մարտկոցների թիթեղների վրա ձևավորվում են կադմիումի հիդրօքսիդի բյուրեղներ: Այս բյուրեղները ժամանակի ընթացքում մեծանում են՝ նվազեցնելով էլեկտրաէներգիա արտադրող քիմիական ռեակցիաների համար հասանելի ակտիվ մակերեսը:

Այս երեւույթի տեխնիկական տերմինն է «լարման դեպրեսիա»: Մասնակի լիցքաթափման ցիկլերի ժամանակ մարտկոցի լարումը իջնում ​​է ավելի շուտ, քան պետք է, թեև քիմիական էներգիան պահպանվում է: Սա պատրանք է ստեղծում, որ մարտկոցը սպառվում է, երբ այն իրականում պահպանում է չօգտագործված հզորությունը:

Շվեյցարիայի Փոլ Շերեր ինստիտուտի հետազոտությունը բացահայտեց ճշգրիտ մեխանիզմը 2013 թվականին: Նրանց ուսումնասիրությունը, որը հրապարակվել է Nature Materials-ում, ցույց տվեց, որ հիշողության էֆեկտը առաջանում է էլեկտրոդի տեղայնացված հատվածներում գամմա-ֆազային նիկելի օքսիհիդրօքսիդի ձևավորման արդյունքում: Այս շրջանները զարգանում են, երբ մարտկոցը հետևողականորեն լիցքաթափվում է նույն խորության վրա՝ ստեղծելով նյութական փուլերի անհամասեռ բաշխում էլեկտրոդի մակերեսով:

Ինչու են մասնակի լիցքաթափման ցիկլերը առաջացնում էֆեկտը

Կաղապարն ավելի կարևոր է, քան լիցքավորման առանձին նիստերը: NiCd մարտկոցը, որը լիցքաթափվել է մինչև 50% հզորություն, և այնուհետև լիցքավորվել 20 անգամ անընդմեջ, կզարգացնի հիշողության էֆեկտը այդ 50% շեմին: Մարտկոցի քիմիան հարմարվում է այս առօրյային՝ վերակառուցելով դրա ներքին նյութերը՝ այս մակերեսային ցիկլերի համար օպտիմալացնելու համար:

Այս վերակառուցումը տեղի է ունենում, քանի որ էլեկտրաքիմիական ռեակցիաները տեղի են ունենում նախընտրելիորեն նույն ֆիզիկական վայրերում մարտկոցի ներսում: Էլեկտրոդի այն հատվածները, որոնք ամբողջությամբ ցիկլով չեն անցնում, դառնում են պակաս ակտիվ, մինչդեռ բազմիցս օգտագործվող տարածքներում առաջանում են խնդրահարույց բյուրեղային գոյացություններ: Ժամանակի ընթացքում էլեկտրոդի չօգտագործված հատվածները գործնականում անհասանելի են դառնում նորմալ աշխատանքի համար:

Մարտկոցների ո՞ր տեսակներն են ունենում հիշողության էֆեկտ

Նիկել-Կադմիում (NiCd) մարտկոցներ. բարձր զգայունություն

NiCd մարտկոցները ցույց են տալիս ամենաուժեղ հիշողության էֆեկտը: Այս մարտկոցները սնուցում էին անհամար անլար գործիքներ, վթարային լուսավորության համակարգեր և շարժական էլեկտրոնիկա 1960-ականներից մինչև 1990-ական թվականները: Էֆեկտը կարող է նվազեցնել դրանց օգտագործելի հզորությունը 20-30%-ով, եթե լիցքավորման սովորությունները վատ են:

1000 mAh NiCd մարտկոցը, որը ենթարկվում է կրկնվող 50% լիցքաթափման ցիկլերի, կարող է մի քանի ամիս հետո ապահովել ընդամենը 700-800 mAh օգտագործելի հզորություն: Մնացած հզորությունը չի կորել, այն կողպված է ավելի բարձր լարման պատնեշի հետևում, որը սարքերից շատերը չեն կարողանում հաղթահարել:

Նիկել-Մետաղական հիդրիդ (NiMH) մարտկոցներ. չափավոր զգայունություն

NiMH մարտկոցները զգում են հիշողության էֆեկտի ավելի մեղմ տարբերակ: Սրանք փոխարինեցին NiCd-ը 1990-ականների վերջին և 2000-ականների սկզբին շատ կիրառություններում: Թեև նրանք կարող են զարգացնել որոշակի հզորության կորուստ մասնակի հեծանվավազքից, ազդեցությունը մոտավորապես 60-70%-ով ավելի քիչ է, քան NiCd մարտկոցներում:

Նվազեցված զգայունությունը գալիս է էլեկտրոդների քիմիայի տարբերություններից: NiMH մարտկոցները կադմիումի փոխարեն օգտագործում են հազվագյուտ հողային մետաղների համաձուլվածքներ, որոնք կրկնակի հեծանվավազքի ժամանակ ձևավորում են տարբեր բյուրեղային կառուցվածքներ: Այս կառուցվածքները պակաս կայուն են և ավելի հեշտությամբ շրջվում են, քան NiCd մարտկոցներում:

Լիթիում-Իոնային և լիթիումի պոլիմերային մարտկոցներ. իրական հիշողության էֆեկտ չկա

Լիթիում{0}}հիմնված մարտկոցներ, ներառյալլիթիում պոլիմերային մարտկոցնմուշներ, չեն զգում դասական հիշողության էֆեկտ: Նրանց քիմիան գործում է բոլորովին այլ սկզբունքների հիման վրա-լիթիումի իոնների փոխկապակցումը և ապա{2}}միջամտումը շերտավոր կառուցվածքներում-որոնք չեն առաջացնում հիշողության էֆեկտի համար պատասխանատու բյուրեղային գոյացություններ:

Սա պատճառներից մեկն է, թե ինչու է լիթիումի պոլիմերային մարտկոցների տեխնոլոգիան գերիշխում ժամանակակից սպառողական էլեկտրոնիկայի, էլեկտրական մեքենաների և շարժական սարքերի վրա: Օգտագործողները կարող են լիցքավորել այս մարտկոցները լիցքաթափման ցանկացած վիճակում՝ չվախենալով հիշողության էֆեկտից թողունակության կորստից:

Այն, ինչ զգում են լիթիումային մարտկոցները, դա այն է, որ կարողությունների աստիճանական մարումը այլ մեխանիզմներից է՝ էլեկտրոդների քայքայումը, պինդ էլեկտրոլիտի միջերեսի աճը և լիթիումային ծածկույթը: Այս գործընթացները հիմնովին տարբերվում են հիշողության էֆեկտից և տեղի են ունենում անկախ լիցքավորման ձևերից:

Հիշողության էֆեկտի մասին տարածված սխալ պատկերացումներ

Առասպել. Բոլոր վերալիցքավորվող մարտկոցներն ունեն հիշողության էֆեկտ

Այս համոզմունքը պահպանվում է NiCd դարաշրջանից, երբ հիշողության էֆեկտը իսկական մտահոգություն էր: Այսօր վերալիցքավորվող մարտկոցների մեծամասնությունը օգտագործում է լիթիումի քիմիա, որը չի զարգացնում այս խնդիրը: Սխալ կարծիքը մարդկանց մղում է լիթիումային մարտկոցների անտեղի լիցքաթափմանը-մի պրակտիկա, որն իրականում կրճատում է նրանց կյանքի տևողությունը:

Առասպել. Լիցքավորելուց առաջ դուք պետք է ամբողջությամբ լիցքաթափվեք

Այս խորհուրդը ճիշտ էր NiCd մարտկոցների համար, բայց վնասակար էր լիթիումի-բազային բջիջների համար: Լիթիումի մարտկոցները նախընտրում են մակերեսային լիցքաթափման ցիկլեր: 20%-ից ցածր դրանց սպառումը բազմիցս արագացնում է դեգրադացիան: Օպտիմալ մոտեցումը լիցքավորումն է, երբ հարմար է, հնարավորության դեպքում մարտկոցը պահելով 20-80% հզորությամբ:

Առասպել. Օդափոխումը միշտ ամրացնում է հիշողության էֆեկտը

Մարտկոցի լրիվ լիցքաթափումը և վերալիցքավորումը-երբեմն կարող է հակադարձել հիշողության էֆեկտը NiCd բջիջներում՝ ստիպելով խնդրահարույց բյուրեղային կառուցվածքներին քայքայվել և միատեսակ վերափոխվել: Այնուամենայնիվ, լիցքավորման վատ սովորությունների պատճառով հիշողության ծանր ազդեցությունը հաճախ դառնում է մշտական: Բյուրեղները չափազանց մեծ և կայուն են դառնում կոնդիցիոներների համար՝ լիովին վերականգնելու հզորությունը:

Առասպել. Հիշողության էֆեկտն այն է, թե ինչու հին մարտկոցները երկար չեն աշխատում

Թեև հիշողության էֆեկտը նպաստում է NiCd և NiMH մարտկոցների հզորության կորստին, այն հազվադեպ է միակ մեղավորը: Նորմալ ծերացման գործընթացները-էլեկտրոդի կոռոզիան, էլեկտրոլիտների քայքայումը և տարանջատիչի քայքայումը-առաջացնում են հին մարտկոցների հզորության անկման մեծ մասը: Հինգ-տարվա-NiCd մարտկոցը, որը լիցքավորման կատարյալ սովորություններ ունի, դեռևս ավելի քիչ լիցքավորված կլինի, քան նորը:

Գործնական ազդեցություն մարտկոցի աշխատանքի վրա

Հիշողության ազդեցության ծանրությունը կախված է օգտագործման ձևերից: Սարքերը, որոնք մինչև վերալիցքավորումը գրեթե մահանում են, ինչպես օրինակ անլար հեռախոսները, որոնք անընդհատ օգտագործվում են, նվազագույնի են հասցնում հիշողության ազդեցության ռիսկերը: Ամեն օր կամայական լիցքավորման մակարդակով լիցքավորվող սարքերը, օրինակ՝ վաղաժամ անլար փորվածքները կամ տեսախցիկները, ավելի խոցելի էին:

Վերահսկվող փորձարկման ժամանակ NiCd մարտկոցները զարգացրեցին չափելի հիշողության էֆեկտը 15-20 մակերեսային ցիկլերից հետո նույն լիցքաթափման խորության վրա: Էֆեկտը բարդանում է յուրաքանչյուր կրկնությունից: 100 նման ցիկլերից հետո հզորության կորուստը կարող է հասնել 25% կամ ավելի:

NiMH մարտկոցները ցույց տվեցին տարբեր նախշեր: Նրանք պահանջում էին 50-70 մակերեսային ցիկլեր՝ նախքան հիշողության զգալի ազդեցությունը ցույց տալը, և առավելագույն հզորության կորուստը սովորաբար կազմում էր մոտ 10-15%: Այս ավելի լավ հանդուրժողականությունը դրանք դարձրեց հայտնի բարձր արտահոսքի սարքերի համար, որտեղ լիարժեք լիցքաթափումը գործնական չէր:

Կանխարգելման և հակադարձման ռազմավարություններ

NiCd մարտկոցների համար

Ամբողջական լիցքաթափման-լիցքավորման ցիկլերը յուրաքանչյուր 20-30 օգտագործման դեպքում օգնում են կանխել հիշողության էֆեկտի զարգացումը: Այս պրակտիկան, որը կոչվում է կոնդիցիոներ կամ վերականգնում, իրականացնում է էլեկտրոդի ամբողջական մակերեսը և կանխում տեղայնացված բյուրեղների ձևավորումը: Հատուկ լիցքավորիչներ օդորակման ռեժիմներով ավտոմատացնում են այս գործընթացը:

Որոշ արդյունաբերական NiCd համակարգեր օգտագործում են իմպուլսային լիցքավորում՝ լիցքավորման ժամանակ կիրառելով կարճատև բարձր-հոսանքի իմպուլսներ՝ բյուրեղային գոյացությունները քայքայելու համար: Այս տեխնիկան պահանջում է մասնագիտացված սարքավորումներ և հասանելի չէ սպառողների մարտկոցների համար:

NiMH մարտկոցների համար

Երբեմն լիարժեք լիցքաթափումն օգնում է, բայց NiMH մարտկոցները ավելի լավ են հանդուրժում մասնակի հեծանիվը, քան NiCd-ը: Ամբողջովին լիցքաթափումը յուրաքանչյուր 50-100 ցիկլը ապահովում է բավարար սպասարկում: Ավելի հաճախակի կոնդիցիոներն առաջարկում է նվազագույն օգուտ և ավելացնում է անհարկի մաշվածություն:

Ժամանակակից մարտկոցի կառավարում

Լիթիումի քիմիայի օգտագործող սարքերում մարտկոցի կառավարման համակարգերը վերահսկում են լիցքավորման մակարդակը, ջերմաստիճանը և ընթացիկ հոսքը՝ արդյունավետությունը օպտիմալացնելու համար: Այս համակարգերն ավելորդ են դարձնում օգտագործողի միջամտությունը: Որոշ սարքերում «մարտկոցի տրամաչափման» գործընթացը չի կանխում հիշողության էֆեկտը-այն օգնում է կառավարման համակարգին ճշգրիտ հետևել հզորությանը:

Անցում դեպի լիթիումի տեխնոլոգիա

Սպառողական ծրագրերում NiCd և NiMH մարտկոցներից հեռանալը մասամբ բխում է հիշողության էֆեկտի հետ կապված մտահոգություններից: Արտադրողները հասկացան, որ սպառողները ցանկանում են սպասարկման{1}}անվճար մարտկոցներ: Լիթիումի քիմիան դա ապահովում է ավելի մեծ էներգիայի խտության և ավելի լավ հզորության--քաշի հարաբերակցության հետ միասին:

Լիթիումի պոլիմերային մարտկոցների տեխնոլոգիա օգտագործող ժամանակակից սարքերը լիովին խուսափում են հիշողության էֆեկտից՝ միաժամանակ տրամադրելով 2-3 անգամ ավելի էներգիա մեկ գրամի դիմաց NiMH-ի համեմատ: Սա դրանք դարձնում է իդեալական սմարթֆոնների, պլանշետների, անօդաչու սարքերի և քաշի նկատմամբ զգայուն այլ հավելվածների համար, որտեղ կարևոր է առավելագույնի հասցնել գործարկման ժամանակը:

Այնուամենայնիվ, NiCd և NiMH մարտկոցները շարունակում են օգտագործվել, որտեղ ծայրահեղ ջերմաստիճանները, բարձր լիցքաթափման արագությունը կամ երկարաժամկետ հուսալիությունը գերակշռում են հիշողության ազդեցության վերաբերյալ մտահոգություններին: Պահուստային էներգիայի համակարգերը, բժշկական սարքերը և որոշ արդյունաբերական գործիքներ դեռևս հիմնված են նիկելի-քիմի վրա:

Հաճախակի տրվող հարցեր

Հիշողության էֆեկտը կարո՞ղ է ընդմիշտ վնասել մարտկոցը:

Հիշողության էֆեկտն ինքնին չի վնասում մարտկոցի ֆիզիկական կառուցվածքը: Այն նվազեցնում է հասանելի հզորությունը՝ փոխելով էլեկտրոդների նյութերի դասավորությունը: Տեսականորեն, պատշաճ կոնդիցիոները կարող է հակադարձել այն, թեև տարիներ շարունակ լիցքավորման վատ սովորությունների ծանր դեպքերը կարող են դիմակայել ամբողջական վերականգնմանը: Մարտկոցը մնում է անվտանգ օգտագործման համար-այն պարզապես ապահովում է ավելի քիչ աշխատաժամանակ:

Ինչպե՞ս կարող եմ իմանալ, արդյոք իմ մարտկոցը ունի հիշողության էֆեկտ:

Հիշողության էֆեկտը դրսևորվում է որպես ավելի կարճ գործարկման ժամանակ, որը զգալիորեն բարելավվում է լրիվ լիցքավորման-լիցքավորման ցիկլից հետո: Եթե ​​գործարկման ժամանակը ցածր է մնում նույնիսկ օդորակումից հետո, ապա խնդիրը, հավանաբար, նորմալ ծերացման կամ ներքին վնասի մեջ է, քան հիշողության էֆեկտը: Ժամանակակից լիթիումային մարտկոցները չեն ցուցադրի այս օրինաչափությունը, քանի որ դրանք իրական հիշողության էֆեկտ չեն զգում:

Արդյո՞ք հիշողության էֆեկտը ազդում է մեքենայի մարտկոցների վրա:

Ոչ: Ավտոմոբիլային մարտկոցները օգտագործում են կապարի-թթվային քիմիա, որը չի զարգացնում հիշողության ազդեցությունը: Հին մեքենաների մարտկոցների հզորության կորուստը գալիս է սուլֆացիայից (կապարի սուլֆատի բյուրեղների կուտակում), ակտիվ նյութերի արտանետումից և էլեկտրոլիտների շերտավորումից-տարբեր գործընթացներից, որոնք պահանջում են տարբեր միջոցներ:

Ինչու՞ են հեռախոս արտադրողները խորհուրդ տալիս պարբերաբար լրիվ լիցքաթափումներ անել:

Այս խորհուրդը վերաբերում է մարտկոցի չափիչի չափորոշմանը, այլ ոչ թե հիշողության էֆեկտի կանխմանը: Սարքի ծրագրակազմը հետևում է մարտկոցի հզորությանը` վերահսկելով լարումը և հոսանքը: Երբեմն լիցքաթափումը մոտ-դատարկ վիճակում օգնում է համակարգին չափել մարտկոցի իրական հզորությունը՝ բարելավելով լիցքավորման մակարդակի գնահատումները: Այն չի կանխում մարտկոցի հզորության կորուստը:

Հիշողության էֆեկտով ձևավորված մարտկոցի տեխնոլոգիայի զարգացումը տասնամյակներ շարունակ: Դրա մեխանիզմների ըմբռնումը հանգեցրեց մարտկոցների ավելի լավ քիմիայի և լիցքավորման ավելի խելացի համակարգերի: Թեև այսօր օգտատերերի մեծամասնությունը երբեք չի հանդիպում իրական հիշողության էֆեկտի շնորհիվ լիթիումի-հիմնված մարտկոցների, քաղված դասերը շարունակում են ազդել, թե ինչպես ենք մենք նախագծում և կառավարում շարժական էներգիայի համակարգերը:

Լիթիում պոլիմերային մարտկոցների դիզայնին և այլ առաջադեմ քիմիայի անցումը ավելին է, քան պարզապես հիշողության էֆեկտից խուսափելը: Այս տեխնոլոգիաները հիմնարար առավելություններ են տալիս էներգիայի խտության, լիցքավորման արագության և գործառնական ճկունության առումով, որոնք համապատասխանում են ժամանակակից սարքի պահանջներին: Հավելվածների համար, որոնք դեռևս օգտագործում են նիկելի-հիմնված մարտկոցներ, հիշողության էֆեկտի մասին տեղեկացվածությունը արժեքավոր է առավելագույնի հասցնելու արդյունավետությունը և կյանքի տևողությունը:

Հիմնական Takeaways

Հիշողության էֆեկտը նվազեցնում է օգտագործելի մարտկոցի հզորությունը կրկնվող մասնակի լիցքաթափման ցիկլերի միջոցով՝ հիմնականում ազդելով NiCd մարտկոցների վրա։

Երևույթը բխում է բյուրեղային գոյացություններից, որոնք զարգանում են տեղայնացված էլեկտրոդների շրջաններում՝ մակերեսային հեծանվավազքի ժամանակ

Լիթիումի{0}}հիմնված մարտկոցները, ներառյալ լիթիումի պոլիմերային նմուշները, իրական հիշողության էֆեկտ չեն ունենում

Պարբերական կոնդիցիոներն օգնում է կանխել և հակադարձել հիշողության ազդեցությունը մարտկոցի ենթակա մարտկոցների տեսակների դեպքում

Մարտկոցի կառավարման ժամանակակից համակարգերը վերացնում են լիթիում{0}}սնուցմամբ աշխատող սարքերում ձեռքով միջամտության անհրաժեշտությունը