Perché la batteria delle cuffie non dura a lungo
Un team di ricerca ha affrontato il ben noto problema dell'usura della batteria in una tecnologia che molti di noi utilizzano quotidianamente
Avete mai notato che le batterie dei dispositivi elettronici non durano più come quando erano nuove? Un team di ricerca internazionale guidato dall'Università del Texas di Austin ha adottato un approccio unico a questo noto problema, noto come degrado. Il loro lavoro si è concentrato su una tecnologia reale che molti di noi utilizzano quotidianamente: gli auricolari wireless. Hanno utilizzato raggi X, infrarossi e altre tecniche di imaging per capire la complessità della tecnologia all'interno di questi piccoli dispositivi e perché la durata della batteria si degrada nel tempo.
"Io indosso solo l'auricolare destro e ho scoperto che l'auricolare sinistro aveva una durata della batteria molto più lunga dopo due anni", spiega Yijin Liu, professore associato presso il Dipartimento Walker di Ingegneria Meccanica della Cockrell School of Engineering, che ha guidato lo studio pubblicato su Advanced Materials . "Così abbiamo deciso di indagare su questo aspetto e vedere cosa potevamo trovare".
Hanno scoperto che altri componenti critici del dispositivo compatto, come l'antenna Bluetooth, i microfoni e i circuiti, si scontravano con la batteria, creando un microambiente difficile. Questa dinamica ha portato a un gradiente di temperatura, cioè a temperature diverse nella parte superiore e inferiore della batteria, che ha danneggiato la batteria.
Anche il contatto con il mondo reale, con le sue diverse temperature, qualità dell'aria e altri fattori, svolge un ruolo importante. Le batterie sono spesso progettate per resistere ad ambienti difficili, ma i frequenti cambiamenti ambientali rappresentano a loro volta una sfida.
Secondo i ricercatori, questi risultati rendono evidente la necessità di riflettere maggiormente sul modo in cui le batterie vengono incorporate nei dispositivi del mondo reale, come telefoni, computer portatili e veicoli. Come possono essere confezionate per ridurre l'interazione con componenti potenzialmente dannosi e come possono essere adattate ai diversi comportamenti degli utenti?
"Il diverso utilizzo dei dispositivi modifica il comportamento e le prestazioni della batteria", spiega Guannan Qian, primo autore di questo articolo e ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Liu. "Potrebbero essere esposti a temperature diverse; una persona ha abitudini di ricarica diverse da un'altra; e ogni proprietario di un veicolo elettrico ha il proprio stile di guida. Tutto questo gioca un ruolo".
Per condurre gli esperimenti, Liu e il suo team hanno lavorato a stretto contatto con il gruppo di ricerca sugli incendi della UT, guidato dall'ingegnere meccanico Ofodike Ezekoye. Hanno utilizzato la tecnologia di imaging a infrarossi di Ezekoye per integrare la tecnologia a raggi X del laboratorio della UT Austin e della Sigray Inc. Ma per ottenere un quadro completo, Liu e il suo team si sono rivolti ad alcune delle strutture a raggi X più potenti del mondo.
Hanno collaborato con i team dello Stanford Synchrotron Radiation Lightsource presso lo SLAC National Accelerator Laboratory, del National Synchrotron Light Source II presso il Brookhaven National Laboratory, dell'Advanced Photon Source presso l'Argonne National Laboratory e dell'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Francia. Queste strutture nazionali e internazionali consentono ai ricercatori di accedere a impianti di sincrotrone di livello mondiale e di scoprire le dinamiche nascoste delle batterie in condizioni reali.
"La maggior parte delle volte, in laboratorio, osserviamo condizioni incontaminate e stabili o condizioni estreme", ha dichiarato Xiaojing Huang, fisico del Brookhaven National Laboratory. Mentre facciamo ricerca e sviluppiamo nuovi tipi di batterie, dobbiamo capire le differenze tra le condizioni di laboratorio e i capricci del mondo reale e rispondere di conseguenza". Le immagini a raggi X possono fornire preziose indicazioni in tal senso".
Liu afferma che il suo team continuerà a studiare le prestazioni delle batterie in condizioni reali. Questo lavoro potrebbe estendersi a celle più grandi, come le batterie che alimentano i nostri telefoni, computer portatili e veicoli elettrici.
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Pubblicazione originale
Guannan Qian, Guibin Zan, Jizhou Li, Dechao Meng, Tianxiao Sun, Vivek Thampy, Ayrton M. Yanyachi, Xiaojing Huang, Hanfei Yan, Yong S. Chu, Sheraz Gul, Juanjuan Huang, Shelly D. Kelly, Sang‐Jun Lee, Jun‐Sik Lee, Wenbing Yun, Peter Cloetens, Piero Pianetta, Kejie Zhao, Ofodike A. Ezekoye, Yijin Liu; "In‐device Battery Failure Analysis"; Advanced Materials, 2025-1-31
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