Du finner det overalt. I telefonen, laptopen, el-bilen og smartklokken. Litiumionebatteriet tok elektronikkens verden med storm da Sony lanserte sitt første i 1991.
Det var batterienes høyere energitetthet i forhold til nikkelkadmiumsbatteriene som gjorde løsningen attraktiv i sin tid.
Men ingen batterier varer evig.
Store variasjoner
Etter noen års bruk mister batteriene ofte mye av kapasiteten. Noen ganger betyr dette at batteriet må byttes inn til fordel for et nytt. Andre ganger fører det til at smarttelefonen havner på dynga.
– Det er store variasjoner i kapasitet og levetid på litiumionebatterier. I elbiler kan man gjerne oppnå mellom tre og fem tusen fulle ut- og oppladninger før batteriet mister 20 prosent av den opprinnelige kapasiteten, forklarer Lars Ole Valøen.
Han har doktorgrad i batteriteknologi, og jobber til daglig som teknisk direktør i Grenland Energy.
Eksperten påpeker at det ofte er store forskjeller i levetiden til store batteriløsninger og de mindre batteriene man ser i forbrukerelektronikken.
Les også: Nytt liv for fasttelefonen
Mekanisk slitasje
Et typisk smarttelefonbatteri kan gjennomgå knappe 300 ladesykluser før kapasiteten på batteriet blir svekket til 80 prosent av det opprinnelige.
Reduksjonen i batterikapasiteten har flere årsaker.
Den ene av dem er sprekkdannelser som følge av at litiumioner går inn og ut av gitterstrukturen i elektrodematerialene. Den mekaniske slitasjen fra dette er verst når batteriet er nesten helt oppladet eller nesten helt utladet.
Når en batterielektrode er i ferd med å tømmes for litium, vil denne falle litt sammen. Når elektroden er nesten helt full, vil elektroden ekspandere noe.
Les også: Denne pæra fortsetter å lyse ved strømbrudd
Illustrasjonene under viser hvordan litiumionebatterier fungerer under opp- og utladning.
Artikkelen fortsetter under.
Lad før den er tom
Hvor ofte du lader har altså stor betydning for hvor lenge batteriet holder seg friskt.
Dersom du holder batteriet på mellom 40 og 60 prosent ladetilstand, kan levetiden på batteriet ofte økes hele 20 til 25 ganger.
– Så lenge det er små forandringer i mengden litium som går frem og tilbake, vil ikke dette stresse gitterstrukturen på samme måte som full ut- og opplading gjør, forklarer Valøen.
Det høres vel og bra ut, men de fleste ønsker nok å bruke mobilen lenger før de må småløpe til ladestasjonen.
– Det enkleste er å lade opp mobilen før den går tom for strøm, påpeker den tekniske direktøren.
Han forklarer videre at det er stor forskjell på å bruke 80 prosent og 100 prosent av kapasiteten hver gang. Noen produsenter av bærbare PC-er har skjønt dette, og tilbyr i dag to instillinger for batteriet: Maksimal kapasitet eller maksimal levetid.
Les også: Snart kan det bli slutt på telefonnummer
Tilpasset ulik temperatur
På elektrolinja lærer man gjerne at strøm ledes bedre når temperaturen er lav. Man må ned i null kelvin, minus 273 grader, for å få en leder med tilnærmet null motstand.
I litiumionebatterier, hvor vi har ioner som beveger seg i en væske - elektrolytten - er effekten stikk motsatt.
– Ledningsevnen og diffusjonshastigheten går ned. Ved romtemperatur vil det være små konsentrasjonsforskjeller i væsken. Ute i kulda øker disse konsentrasjonsforskjellene dramatisk, og man får høyere motstand i batteriet, forklarer eksperten.
Høyere motstand fører til redusert spenning under last. Dette kan igjen føre til at batteriet tror det er tomt for strøm før det egentlig er tilfellet.
Hvor godt ulike batterier klarer seg under lav temperatur avhenger i stor grad av hvordan batteriet er satt sammen.
– Jeg har to smarttelefoner av forskjellig merke. Den ene skrur seg av når temperaturen nærmer seg null, selv om den er fulladet. Den andre klarer seg helt fint i ti minusgrader, sier Valøen.
Samtidig finnes det flere triks for produsentene for å produsere robuste batterier i kaldt klima, men dette går ofte på bekostning av telefonens egenskaper under høyere temperaturer.
Triksene er derfor gjerne forbeholdt større batterisystemer eller spesialapplikasjoner.
Les også: Bygger bobil av Tesla S
Varme knekker batteriene
Og høye temperaturer er enda skumlere for batteriene enn kulden.
Legger man telefonen på dashbordet en varm sommerdag, kan man gjøre irreversibel skade på batteriet. Kapasiteten går ned, og den indre motstanden i batteriet øker.
Ved en temperatur mellom 70 og 90 grader risikerer man at batteriet ekspanderer betydelig. I ytterste konsekvens kan det innvendige trykket gjøre at batteriet sprekker opp og ødelegger telefonen.
Dersom du befinner deg i varme strøk er Valøens oppfordring klar og tydelig.
– Ikke legg telefonen i solsteiken, konstaterer han.
Les også: Nye brikker skal høste energi nesten fra ingenting
Slites av seg selv
I tillegg til temperatur og slitasje ved opp- og utladning har vi en tredje faktor som påvirker batteriets levetid. Litium kan feste seg permanent til grenseflaten mellom elektrolytten og batteriets negative elektrode når ionet vandrer fra den positive til den negative elektroden.
Over mange år vil altså batteriet miste noe av kapasiteten helt av seg selv. Denne formen for slitasje øker med høy temperatur.
– Li-ionebatterier trives generelt best halvveis utladet ved romtemperatur, oppsummerer Lars Ole Valøen.
Les også:
Utslippene halveres med norske elbilbatterier
– DNA er morgendagens sosiale medium
