باید گوشی‌های جدید را پیش از اولین استفاده، به شارژ زد؟

تکامل باتری‌های قابل شارژ یکی از کلیدی‌ترین ارکان پیشرفت تکنولوژی موبایل در دهه‌های اخیر بوده است. با این حال، انتقال دانش فنی از آزمایشگاه‌های الکتروشیمی به سطح خرده‌فروشی با تاخیری قابل‌توجه همراه بوده که منجر به شکل‌گیری و تداوم باورهای سنتی در میان کاربران و حتی فروشندگان متخصص شده است.

یکی از رایج‌ترین توصیه‌هایی که هنگام خرید گوشی نو به خریداران ارائه می‌شود، لزوم اتصال دستگاه به شارژر برای مدت زمان طولانی پیش از اولین استفاده است. این تحلیل در صدد است با بررسی مبانی شیمی فیزیک باتری‌های مدرن، سیستم‌های مدیریت سخت‌افزاری و تطبیق با اسناد رسمی تولیدکنندگان پیشرو، این ادعا را به صورت علمی بررسی کند.

برای درک چرایی تداوم باور شارژ هشت‌ساعته، ابتدا باید به منشأ تاریخی آن در دهه‌های ۸۰ و ۹۰ میلادی بازگشت. در آن دوران، اکثر دستگاه‌های الکترونیکی قابل‌حمل از باتری‌های نیکل-کادمیوم (NiCd) یا نیکل-متال هیدرید (NiMH) استفاده می‌کردند. این باتری‌ها دارای ویژگی‌های الکتروشیمیایی خاصی بودند که پروتکل‌های نگهداری متفاوتی را نسبت به استانداردهای امروزی ایجاب می‌کرد. 

باتری‌های مبتنی بر نیکل به شدت تحت تأثیر پدیده‌ای موسوم به «اثر حافظه» (Memory\ Effect) بودند. این پدیده زمانی رخ می‌داد که باتری پیش از تخلیه کامل، مجدداً شارژ می‌شد. در چنین شرایطی، باتری سطح شارژ باقیمانده را به عنوان نقطه صفر تخلیه شناسایی می‌کرد و در چرخه‌های بعدی، ظرفیت واقعی آن کاهش می‌یافت.

از منظر میکروسکوپی، این اتفاق به دلیل تشکیل کریستال‌های کادمیوم بر روی الکترود کاتد رخ می‌داد. عدم تخلیه و شارژ کامل باعث بزرگ شدن این کریستال‌ها و کاهش سطح تماس مؤثر با الکترولیت می‌شد که در نهایت منجر به افت ولتاژ ترمینال دستگاه می‌گشت. 

برای مقابله با این مشکل، تولیدکنندگان در آن زمان توصیه می‌کردند که باتری‌های نو در اولین استفاده تحت فرآیند «فرمتینگ» یا آماده‌سازی (Priming) قرار گیرند. این فرآیند شامل یک شارژ طولانی‌مدت (معمولاً بین ۱۴ تا ۱۶ ساعت) بود تا اطمینان حاصل شود که تمامی سلول‌های نیکلی به پتانسیل حداکثری خود رسیده‌اند و ساختار کریستالی آن‌ها بهینه شده است. با این حال، با جایگزینی این تکنولوژی با سیستم‌های لیتیومی، این ضرورت فنی به طور کامل از بین رفته است. 

آناتومی الکتروشیمیایی باتری‌های لیتیوم-یون مدرن

باتری‌های لیتیوم-یون که امروزه در تمامی گوشی‌های هوشمند از برندهای اپل، سامسونگ و شیائومی استفاده می‌شوند، از مکانیسم متفاوتی برای ذخیره انرژی بهره می‌برند که مبتنی بر جابجایی یون‌های لیتیوم بین آند و کاتد است. 

در یک باتری لیتیوم-یونی، فرآیند شارژ و دشارژ از طریق (Intercalation) یا قرارگیری یون‌های لیتیوم در ساختار لایه‌ای گرافیت (آند) و اکسید فلزی (کاتد) انجام می‌شود. در این ساختار، هیچ واکنش شیمیایی پایداری که منجر به تشکیل کریستال‌های مخرب (مانند آنچه در باتری‌های نیکلی دیده می‌شد) شود، وجود ندارد.

بنابراین، باتری‌های لیتیومی از لحظه خروج از خط تولید و پس از گذراندن تست‌های کنترل کیفیت کارخانه، در وضعیت فعال و آماده‌به‌کار قرار دارند. در واقع، تولیدکنندگان معتبر پیش از بسته‌بندی، باتری‌ها را شارژ و تخلیه می‌کنند تا از سلامت سلول‌ها اطمینان حاصل کنند؛ به همین دلیل است که گوشی‌های نو معمولاً با سطح شارژی بین ۴۰٪ تا ۶۰٪ به دست مشتری می‌رسند. 

استرس ولتاژ و تأثیر منفی شارژ طولانی‌مدت

برخلاف باتری‌های قدیمی که با شارژ طولانی‌مدت «تقویت» می‌شدند، باتری‌های لیتیومی از حضور مداوم در ولتاژهای بالا آسیب می‌بینند. زمانی که باتری به سطح ۱۰۰٪ شارژ می‌رسد، ولتاژ سلول به حداکثر خود (معمولاً حدود ۴.۲ ولت) افزایش می‌یابد. نگه داشتن باتری در این پتانسیل بالا برای چندین ساعت متوالی (مانند هشت ساعت مورد ادعا)، باعث اکسیداسیون الکترولیت و تخریب تدریجی کاتد می‌شود. به همین دلیل، متخصصان توصیه می‌کنند که برای افزایش طول عمر باتری، سطح شارژ در محدوده ۲۰٪ تا ۸۰٪ نگه داشته شود که به «بازه طلایی» معروف است. 

یکی از مهم‌ترین دلایلی که ادعای شارژ هشت‌ساعته را به لحاظ فنی بی‌معنی می‌کند، وجود مدار هوشمند مدیریت باتری (Battery\ Management\ System) در تمام گوشی‌های مدرن است. 

سیستم BMS شامل مجموعه‌ای از حسگرهای ولتاژ، جریان و دما، به همراه آی‌سی‌های محافظ و ماسفت‌ها (MOSFETs) است که وظیفه نظارت ثانیه‌ای بر وضعیت باتری را بر عهده دارند. زمانی که ولتاژ باتری به آستانه کامل (Overcharge\ Threshold) می‌رسد، BMS دستور قطع فیزیکی جریان را به ماسفت‌ها صادر می‌کند. 

بنابراین، حتی اگر کاربر گوشی را برای هشت ساعت به شارژر متصل نگه دارد، فرآیند انتقال انرژی پس از حدود یک الی دو ساعت (بسته به توان شارژر) متوقف می‌شود. پس از رسیدن به ۱۰۰٪، دستگاه وارد حالت «شارژ قطره‌چکانی» (Trickle\ Charge) یا توقف کامل می‌شود و انرژی مورد نیاز برای فعالیت‌های پس‌زمینه را مستقیماً از آداپتور دریافت می‌کند تا باتری در حالت استراحت بماند. در این وضعیت، باتری عملاً در فرآیند شارژ نیست و ماندن آن در برق هیچ تأثیر مثبتی بر ظرفیت آن نخواهد داشت. 

مطالعه دقیق راهنماهای رسمی و اسناد پشتیبانی شرکت‌های بزرگ تولیدکننده موبایل، هرگونه نیاز به شارژ اولیه طولانی را رد می‌کند.

پروتکل‌های اپل برای آیفون

اپل در راهنمای کاربری آیفون ۱۵ و ۱۶، هیچ دستورالعملی مبنی بر شارژ اولیه هشت‌ساعته ارائه نداده است. اپل تأکید می‌کند که باتری‌های لیتیوم-یون این شرکت در هر زمان که کاربر بخواهد قابل شارژ هستند و نیازی به تخلیه کامل یا شارژ طولانی برای اولین بار ندارند. در حقیقت، آیفون‌ها با قابلیتی به نام «Optimized Battery Charging» عرضه می‌شوند که به طور تعمدی شارژ را در ۸۰٪ متوقف کرده و تنها زمانی که کاربر به گوشی نیاز دارد (بر اساس الگوی خواب)، آن را به ۱۰۰٪ می‌رساند تا از استرس ولتاژ بالا در ساعات طولانی جلوگیری کند. این تکنولوژی دقیقاً نقطه مقابل ایده «هشت ساعت شارژ مداوم» است. 

استانداردهای سامسونگ برای سری گلکسی

سامسونگ در راهنمای رسمی سری S۲۴ و گوشی‌های میان‌رده خود، تنها به این نکته اشاره می‌کند که کاربر باید قبل از اولین استفاده، گوشی را با شارژر مورد تایید سامسونگ شارژ کند تا از کارکرد صحیح آن اطمینان حاصل شود. سامسونگ بر مدیریت دما تأکید دارد و هشدار می‌دهد که ماندن طولانی‌مدت دستگاه در شارژر پس از اتمام فرآیند شارژ، به ویژه در دماهای بالا، می‌تواند منجر به کاهش ظرفیت موثر باتری در بلندمدت شود. 

شیائومی و تکنولوژی‌های شارژ فوق‌سریع

شیائومی که امروزه گوشی‌هایی با شارژرهای ۹۰، ۱۲۰ و حتی ۲۰۰ واتی عرضه می‌کند، فرآیند شارژ کامل را به کمتر از ۳۰ دقیقه رسانده است. در راهنمای کاربری مدل‌هایی نظیر Xiaomi\ ۱۴\ Ultra، صراحتاً ذکر شده است که دستگاه نباید بیش از ۱۲ ساعت به شارژر متصل بماند. این هشدار به دلیل جلوگیری از خطرات احتمالی افزایش دما و فشار بر روی سلول‌های با تراکم بالا صادر شده است که به وضوح توصیه برخی فروشندگان برای شارژ هشت‌ساعته را زیر سوال می‌برد. 

با توجه به بررسی انجام شده، پروتکل‌های زیر به عنوان جایگزین علمی برای باورهای قدیمی بازار پیشنهاد می‌شوند:

استفاده بلافاصله پس از خرید: گوشی‌های جدید از لحظه خروج از جعبه آماده استفاده هستند. اگر میزان شارژ اولیه بیش از ۲۰٪ است، نیازی به اتصال فوری به شارژر نیست و کاربر می‌تواند به راه‌اندازی و نصب برنامه‌ها بپردازد. 

شارژ تا ۱۰۰٪ برای اولین بار (اختیاری): برای اینکه سیستم‌عامل بتواند تخمین دقیق‌تری از ظرفیت باتری داشته باشد، توصیه می‌شود در اولین نوبت شارژ، اجازه دهید باتری به ۱۰۰٪ برسد و سپس آن را از برق جدا کنید. این کار نباید بیش از زمان معمول شارژ دستگاه (معمولاً ۱ تا ۲ ساعت) طول بکشد. 

پرهیز از دشارژ کامل: برخلاف باتری‌های قدیمی، اجازه دادن به باتری لیتیومی برای رسیدن به صفر درصد و خاموش شدن دستگاه، به شدت مضر است. بهترین زمان برای اتصال به شارژر، زمانی است که سطح انرژی به حدود ۲۰٪ رسیده باشد. 

استفاده از تجهیزات استاندارد: همیشه از شارژر و کابل موجود در جعبه یا نسخه‌های تایید شده توسط تولیدکننده استفاده کنید. شارژرهای غیراستاندارد ممکن است نوسانات ولتاژی ایجاد کنند که مدار BMS قادر به فیلتر کردن کامل آن‌ها نباشد. 

حذف قاب محافظ در اولین شارژ: برای اطمینان از دفع حرارت بهینه، توصیه می‌شود در حین شارژ (به ویژه اگر از شارژ سریع استفاده می‌شود)، گوشی را از قاب محافظ خارج کرده و بر روی یک سطح سخت و خنک قرار دهید. 

منبع: خبرآنلاین