En çok ihtiyacımız olan anda telefonumuzun ya da bilgisayarımızın şarjının bitmesi, bizleri oldukça çaresiz bir durumda bırakabiliyor. Öyle ki telefon bataryalarının sadece 1 günü çıkarıyor olması insanı rahatlatırken öte yandan onları günde 2-3 kere şarj etmek zorunda kalmak sinirlerimizin bozulmasına sebep oluyor.
Hızlı şarj seçenekleri olsa bile neden telefonların bataryasını doldurabilmek için genelde saatlerce beklememiz gerekiyor ki? Onun yerine arabamıza yakıt alır gibi telefonun ihtiyacı olan tüm enerjiyi bataryaya aktarsak 2-3 dakika içinde tamamen dolmuş bir batarya elimizde olmaz mı?
Öncelikle en temeldeki bilgi yanlışını çözelim: Telefon bataryaları, içine elektrik akımını doldurduğumuz tanklar değiller
Zaten öyle olsalardı, şarjınız bittiğinde telefonunuz fark edilir derecede hafif olurdu. Bundan ziyade bataryaların içinde, aslında kimyasal tepkimeler gerçekleşiyor. Şu an bile bu içeriğimizi okuduğunuz sırada söz konusu tepkime gerçekleşir vaziyette.
Bu tepkime şarj edilirken ve şarj boşaltılırken olmak üzere iki şekilde gerçekleşiyor:
İki durumda da anot ve katot görev alıyor. Bunların arasındaki iletkenliği ise elektrolitler sağlıyor. Şarj esnasında katot eksi değeri alırken anot, artı değeri alıyor. Bu sırada elektronların alışverişi sağlanıyor. Telefonu kullandığınız sırada gerçekleşen kimyasal tepkimeyi, cihazı şarja taktığınızda ise tersine çeviriyorsunuz. Anot ve katodun rolleri de böylece değişmiş oluyor.
Kısaca telefona elektrik yükleyip kullandıkça harcamaktan bir tık daha karışık şeyler dönüyor. Biz yine de en basit şekliyle devam edelim.
Bu tepkimenin bir anda gerçekleşmesi de mümkün değil:
Etki-tepki kuralı burada devreye giriyor. Kafanızda canlandırmaya çalışalım. Trafiğin olmadığı bir yolda aracınızla istediğiniz hızda herhangi bir direnç görmeden ilerleyebilirsiniz. Fakat yol doluysa karşınızda bir direnç olacağı için o kadar da hızlı gidemezsiniz. Yoksa sonuçları kötü olur.
Batarya üzerinde ilerleyen elektronlar, siz hem cihazı şarj ederken hem de şarjdan çıkarıp kullanırken hareket hâlinde olur. Bu sırada da üzerinde bulundukları kondüktörden gelen dirençle karşı karşıya kalırlar. Bu da ısı üretir ve telefonu şarj ederken de normal gündelik işlerde kullanırken de ısındığını hissetmemizin sebebi budur.
Bu direnç günümüz teknolojisinin limitlerinden ötürü var. Peki yine de telefona tam şarj için ihtiyacı olan akımı verdik diyelim, ne olur?
Telefona normalden iki kat fazla akım sağlanırsa elektronlar, yine direnç yüzünden iki kat fazla ısı üretecektir. 1 saatte dolan bataryayı da 1 dakikada doldurmaya çalıştırdığımızda bu kabaca 60 dakikada alınabilecek yükü 1 dakikaya sıkıştırmak demek. Bunun sonucunda olacak şey de belli.
Aklınıza bu noktada Samsung’un patlayan telefonu Galaxy Note 7 gelmiş olabilir. Normalde lityum telefon bataryalarında fazla ısınmayı önlemek amacıyla devreler bulunur. Bu devrelerin etkili şekilde ısıyı dağıtabilmesi için de yeterince geniş alana sahip olmaları gerekir. Note 7’nin eksik kalıp felaketlere yol açtığı konu da buydu, devre için yeterince geniş alan sunmaması ve bu sebeple de ısıyı dağıtmayı becerememesi.
Söz konusu devrenin bir diğer önemli amacı da termal sızıntıyı önlemek:
Bu durum, ısınan sistemin ısıyı dağıtamamasıyla ve bu sebeple var olanı daha da çok beslemesiyle tekrara binerek yanmasına sebep oluyor. Yani az önce de söylediğimiz üzere telefona anlık olarak verilen yüksek miktardaki akım, bu tür bir tepkimeye yol açacak ve cihazı kullanılamaz hâle getirecektir.
Ama böyle bir durumda cihazınız için endişelenmenize gerek kalmaz. Zira hastane masraflarınız daha çok göze batacaktır.
Yakın zamanda bataryaları kısa sürede dolduracak bir yöntem keşfedildi:
Elektrikli araçlara odaklanan bu çalışma neticesinde lityum iyon bataryaların fazla yük altında ısınması sorununu çözecek bir yöntem bulundu. Çalışmayı gerçekleştirenler, batarya için daha geniş bir alan kullanmayı düşünmediler elbette. Onun yerine makine öğreniminin sorunlara çözüm olması bekleniyor.
Söz konusu çalışma kapsamında araştırmacılar her tür batarya için, bataryalar zarar görmeden şarj süresinin nasıl optimize edilebileceğini ve farklı bataryaların hangi şarj yöntemlerinde sorun çıkaracağını gördü. Analizler sonucunda kullanılan yöntemde ise bir elektrikli araba bataryasının şarjı yüzde 0'dan 90'a sadece 10 dakikada çıkarıldı.
Bunun yaygınlaştığını gördüğümüzde elektrikli araçların rekabette güç kazanacağı şüphe götürmez bir gerçek. Öte yandan aynı gelişmeyi akıllı telefonlarda da görmeyi bekliyoruz.
Kaynaklar: Science Focus, The Guardian, Waste Time, Inquisitive Universe