باتری موبایل چگونه کار می‌کند و چرا خراب می‌شود؟

زهرا تجویدی- گوشی‌های هوشمند حالا نقش بسیار مهمی در زندگی ما دارند. از صبح که بیدار می‌شویم تا شب که به خواب می‌رویم، بارها و بارها صفحه موبایل خود را روشن می‌کنیم، پیام‌ها را می‌خوانیم، عکس می‌گیریم، فیلم تماشا می‌کنیم و حتی کارهای بانکی انجام می‌دهیم. اما در پسِ تمام این فعالیت‌ها، قطعه‌ای کوچک و به‌ظاهر ساده وجود دارد که اگر نباشد هیچ‌کدام از این کارها ممکن نیست: باتری. شاید کمتر به آن فکر کنیم، اما در واقع این باتری است که به تمام مدارها و پردازنده‌های گوشی جان می‌دهد. در این مقاله نگاهی خواهیم داشت به این‌که باتری موبایل چگونه کار می‌کند، از چه اجزایی تشکیل شده و چرا با گذر زمان خراب می‌شود.

مفهوم انرژی در دل یک سلول کوچک

باتری موبایل نوعی منبع ذخیره انرژی الکتریکی است که از طریق واکنش‌های شیمیایی درون خود برق تولید می‌کند. بیشتر باتری‌های موبایل امروزی از نوع لیتیوم‌یونی (Lithium-ion) هستند. این باتری‌ها به دلیل چگالی بالای انرژی، وزن کم و قابلیت شارژ مجدد، انتخاب اصلی شرکت‌های سازنده موبایل شده‌اند. درون هر باتری لیتیوم‌یونی سه جزء اصلی وجود دارد: آند، کاتد و الکترولیت. آند معمولاً از گرافیت ساخته می‌شود، کاتد از ترکیبات لیتیوم مانند اکسید لیتیوم کبالت یا نیکل و الکترولیت نیز محلولی است که یون‌های لیتیوم را بین این دو الکترود جابه‌جا می‌کند.

زمانی که گوشی در حال کار است و از باتری انرژی می‌گیرد، یون‌های لیتیوم از آند به سمت کاتد حرکت می‌کنند. در این فرآیند، الکترون‌ها از مدار خارجی عبور می‌کنند و همین جریان الکترون‌ها همان برق مورد نیاز برای کار کردن گوشی را تشکیل می‌دهد. وقتی گوشی را به شارژر وصل می‌کنیم، این روند برعکس می‌شود. یون‌ها از کاتد به آند بازمی‌گردند تا انرژی دوباره در سلول ذخیره شود.

چرا باتری‌ها شارژ نگه نمی‌دارند؟

شاید برای شما هم پیش آمده باشد که گوشی جدیدتان در روزهای اول با یک بار شارژ تا یک روز کامل کار می‌کرد، اما چند ماه بعد شارژ آن زودتر تمام می‌شود. این موضوع به دلایل مختلفی رخ می‌دهد که بیشترشان به ساختار شیمیایی باتری بازمی‌گردند. هر بار که باتری شارژ و دشارژ می‌شود، بخشی از مواد درون آن دچار تغییرات فیزیکی یا شیمیایی غیرقابل بازگشت می‌شوند. این تغییرات باعث کاهش ظرفیت واقعی باتری می‌گردند.

به زبان ساده، وقتی باتری نو است، تمام یون‌های لیتیوم در مسیر خود به‌خوبی حرکت می‌کنند و انرژی زیادی ذخیره می‌شود. اما با گذر زمان، رسوبات ریز یا لایه‌هایی درون سلول شکل می‌گیرد که جلوی حرکت آزاد یون‌ها را می‌گیرد. در نتیجه، باتری دیگر نمی‌تواند به اندازه گذشته انرژی ذخیره کند. به این پدیده در علم مواد «فرسودگی شیمیایی» می‌گویند.

گرما، دشمن خاموش باتری

یکی از بزرگ‌ترین عوامل تخریب باتری، گرما است. دمای بالا باعث افزایش سرعت واکنش‌های شیمیایی ناخواسته درون سلول می‌شود و می‌تواند ساختار داخلی آن را تخریب کند. وقتی گوشی در معرض حرارت زیاد قرار می‌گیرد، مثلاً زیر نور مستقیم آفتاب یا هنگام اجرای بازی‌های سنگین، دمای باتری بالا می‌رود. در این حالت، الکترولیت شروع به تجزیه می‌کند و بخشی از یون‌های لیتیوم در ساختار الکترودها گیر می‌افتند. این اتفاق نه‌تنها ظرفیت باتری را کاهش می‌دهد، بلکه احتمال تورم و حتی انفجار آن را نیز بیشتر می‌کند.

به همین دلیل، شرکت‌های سازنده همیشه توصیه می‌کنند گوشی در محیط بسیار گرم یا بسیار سرد شارژ نشود. برخی گوشی‌های مدرن نیز به سیستم‌های مدیریت حرارت مجهز هستند که هنگام افزایش دما، سرعت شارژ را کاهش می‌دهند یا حتی فرآیند شارژ را متوقف می‌کنند تا از آسیب به باتری جلوگیری شود.

چرخه‌های شارژ و عمر باتری

هر باتری لیتیوم‌یونی عمری محدود دارد که معمولاً با تعداد «چرخه شارژ» سنجیده می‌شود. یک چرخه شارژ زمانی است که باتری از صفر تا صد درصد شارژ و سپس کاملاً تخلیه شود. البته در عمل، شارژهای جزئی هم در مجموع به یک چرخه تبدیل می‌شوند. برای مثال، اگر امروز ۵۰ درصد از شارژ را استفاده کنید و فردا دوباره ۵۰ درصد دیگر را، در واقع یک چرخه کامل مصرف کرده‌اید.

بیشتر باتری‌های امروزی بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ چرخه شارژ را بدون افت محسوس عملکرد تحمل می‌کنند. پس از آن، ظرفیتشان به‌تدریج کاهش می‌یابد. اما این عدد مطلق نیست و به نحوه استفاده کاربر بستگی دارد. کاربرانی که گوشی خود را همیشه تا ۱۰۰ درصد شارژ می‌کنند و اجازه می‌دهند شارژ آن تا صفر برسد، زودتر از بقیه شاهد کاهش عمر باتری خواهند بود. بهترین حالت برای حفظ سلامت سلول‌ها، نگه داشتن سطح شارژ بین ۲۰ تا ۸۰ درصد است.

آیا شارژ شبانه مضر است؟

یکی از بحث‌های رایج در میان کاربران موبایل، این است که آیا وصل کردن گوشی به شارژ در طول شب باعث خرابی باتری می‌شود یا خیر. پاسخ کوتاه این است که در گوشی‌های جدید، خطر چندانی وجود ندارد، اما در بلندمدت می‌تواند تأثیرگذار باشد. سیستم‌های مدیریت انرژی در گوشی‌های هوشمند امروزی، وقتی شارژ به صد درصد می‌رسد، فرآیند شارژ را متوقف می‌کنند تا از شارژ بیش‌ازحد جلوگیری شود. با این حال، چون باتری به‌مرور اندکی از شارژ خود را از دست می‌دهد، سیستم دوباره شارژ را فعال می‌کند و این چرخه در طول شب چندین بار تکرار می‌شود. همین نوسان‌های کوچک در سطح شارژ، فشار شیمیایی بیشتری به سلول وارد می‌کند و در درازمدت ممکن است ظرفیت آن را کاهش دهد.

به همین دلیل توصیه می‌شود اگر می‌خواهید باتری گوشی شما چند سال دوام بیاورد، از شارژ شبانه مداوم خودداری کنید یا از قابلیت‌هایی مانند «Optimized Charging» که در بسیاری از گوشی‌ها وجود دارد استفاده کنید. این قابلیت بر اساس عادت خواب شما زمان شارژ را تنظیم می‌کند و اجازه نمی‌دهد باتری ساعت‌ها در حالت صد درصد باقی بماند.

نقش شارژر و کابل در سلامت باتری

بسیاری از کاربران تصور می‌کنند هر شارژری با هر کابلی می‌تواند گوشی را شارژ کند، اما در واقع کیفیت شارژر و کابل نقش مهمی در سلامت باتری دارد. شارژرهای ارزان‌قیمت و غیراصل معمولاً جریان الکتریکی ناپایدار تولید می‌کنند. این نوسان‌ها می‌توانند دمای باتری را بالا ببرند یا حتی به مدار شارژ آسیب بزنند. از طرف دیگر، کابل‌های بی‌کیفیت نیز ممکن است باعث افت ولتاژ شوند و باتری را در شرایط نامطلوبی شارژ کنند.

بهترین گزینه همیشه استفاده از شارژر اصلی یا شارژرهایی است که از استانداردهای معتبر مانند USB Power Delivery یا Qualcomm Quick Charge پشتیبانی می‌کنند. این شارژرها قادرند جریان و ولتاژ را به‌صورت هوشمند تنظیم کنند تا باتری به‌صورت ایمن شارژ شود.

تورم باتری و خطرات آن

گاهی اوقات کاربران متوجه می‌شوند که در پشتی گوشی‌شان اندکی برآمده شده یا صفحه نمایش از قاب جدا می‌شود. این نشانه‌ها معمولاً به‌دلیل تورم باتری رخ می‌دهد. وقتی واکنش‌های شیمیایی درون سلول از حالت تعادل خارج می‌شوند، گازهایی درون باتری تولید می‌شود که باعث باد کردن آن می‌گردد. باتری متورم بسیار خطرناک است، زیرا ممکن است در اثر فشار یا گرما منفجر شود. در چنین شرایطی هرگز نباید باتری را سوراخ کرد یا با دست فشار داد. بهترین کار این است که فوراً گوشی را خاموش کرده و آن را به مرکز تعمیرات معتبر بسپارید.

تأثیر نرم‌افزار بر عملکرد باتری

گرچه خرابی باتری معمولاً ریشه شیمیایی دارد، اما نرم‌افزار گوشی نیز در کاهش عمر آن نقش دارد. بسیاری از اپلیکیشن‌ها در پس‌زمینه اجرا می‌شوند، داده‌ها را همگام‌سازی یا موقعیت جغرافیایی را ردیابی می‌کنند. این فعالیت‌ها باعث می‌شود پردازنده و مودم گوشی دائماً فعال بمانند و مصرف انرژی بالا برود. نتیجه آن افزایش دما و در نهایت فشار بیشتر بر باتری است.

به همین دلیل توصیه می‌شود هر چند وقت یک‌بار، برنامه‌هایی که دیگر استفاده نمی‌کنید را حذف کنید، به اپ‌هایی که نیاز ندارند اجازه دسترسی به موقعیت مکانی ندهید و از حالت‌های صرفه‌جویی انرژی استفاده کنید. گاهی اوقات به‌روزرسانی سیستم‌عامل نیز می‌تواند مصرف انرژی را بهینه‌تر کند.

آینده باتری‌های موبایل

دانشمندان سال‌هاست در حال تلاش‌اند تا نسل جدیدی از باتری‌ها را بسازند که هم ظرفیت بیشتر و هم عمر طولانی‌تری داشته باشند. یکی از امیدبخش‌ترین فناوری‌ها در این زمینه، باتری‌های حالت‌جامد (Solid-State Batteries) هستند. در این نوع باتری‌ها، الکترولیت مایع با ماده‌ای جامد جایگزین می‌شود که ایمن‌تر است و امکان فشرده‌سازی بیشتر انرژی را فراهم می‌کند. علاوه بر آن، خطر آتش‌سوزی و تورم در این نوع باتری‌ها بسیار کمتر است.

شرکت‌های بزرگی مانند تویوتا، سامسونگ و پاناسونیک روی توسعه این فناوری کار می‌کنند، اما هنوز تا تجاری‌سازی گسترده آن چند سال فاصله داریم. در عین حال، برخی شرکت‌ها نیز در حال آزمایش باتری‌های لیتیوم‌گوگرد یا حتی باتری‌هایی با ساختار نانویی هستند که بتوانند در عرض چند دقیقه کاملاً شارژ شوند.

چگونه عمر باتری گوشی را افزایش دهیم؟

با وجود تمام پیشرفت‌های فناوری، هنوز هم مراقبت از باتری تا حد زیادی به رفتار کاربر بستگی دارد. اگر بخواهیم باتری موبایل بیشترین عمر ممکن را داشته باشد، رعایت چند نکته ساده اما مؤثر ضروری است. بهتر است از قرار دادن گوشی در محیط‌های خیلی گرم خودداری کنیم، در هنگام شارژ از بازی کردن یا تماشای فیلم‌های سنگین بپرهیزیم، از شارژ کامل و تخلیه کامل مکرر پرهیز کنیم و هر از گاهی اجازه دهیم گوشی خنک شود. همچنین استفاده از شارژر و کابل باکیفیت، به‌روزرسانی نرم‌افزار و خاموش کردن قابلیت‌هایی مانند GPS یا بلوتوث در مواقع غیرضروری می‌تواند تأثیر محسوسی بر افزایش عمر باتری داشته باشد.

نگاهی به باورهای نادرست درباره باتری

در میان کاربران شایعات و باورهای اشتباهی درباره نحوه نگهداری باتری موبایل وجود دارد. یکی از این باورها این است که باتری باید گاهی کاملاً تخلیه شود تا «ریست» گردد. این توصیه مربوط به باتری‌های قدیمی نیکل‌کادمیوم بود، نه لیتیوم‌یونی‌های امروزی. تخلیه کامل در باتری‌های جدید برعکس باعث آسیب می‌شود، زیرا در ولتاژهای خیلی پایین، ساختار شیمیایی سلول دچار ناپایداری می‌گردد.

باور اشتباه دیگر این است که اگر گوشی را همیشه به شارژ بزنیم، باتری خراب می‌شود. همان‌طور که گفتیم، گوشی‌های مدرن سیستم قطع خودکار دارند و پس از رسیدن به شارژ کامل، جریان را قطع می‌کنند. اما اگر گوشی در حالت شارژ دائم در محیط گرم باشد، آسیب ممکن است از سمت گرما وارد شود نه از شارژ خودکار. در نتیجه، حقیقت در این است که نحوه و شرایط شارژ اهمیت دارد، نه صرف اتصال به برق.

باتری موبایل شاید در ظاهر قطعه‌ای ساده به نظر برسد، اما در واقع یکی از پیچیده‌ترین اجزای دستگاه است که ترکیبی از علم شیمی، فیزیک و مهندسی الکترونیک را در خود دارد. عملکرد صحیح آن وابسته به تعادل دقیق بین واکنش‌های شیمیایی و کنترل الکتریکی است. گرما، شارژ و دشارژ مکرر، شارژرهای غیراصل و حتی گذر زمان می‌توانند این تعادل را بر هم بزنند و باعث کاهش کارایی شوند. با رعایت چند نکته ساده مانند استفاده از شارژر مناسب، پرهیز از گرما و نگه داشتن شارژ بین محدوده ۲۰ تا ۸۰ درصد، می‌توان عمر باتری را به‌طور قابل توجهی افزایش داد.

در نهایت، باتری قلب تپنده گوشی ماست. همان‌طور که برای سلامت خود مراقب تغذیه و استراحت هستیم، باید برای این قلب کوچک هم شرایط مناسبی فراهم کنیم تا سال‌ها بتواند بی‌وقفه انرژی زندگی دیجیتال ما را تأمین کند.