Наука движется разными мотивами: стремлением к лучшему будущему, желанием разгадать тайны Вселенной или просто скукой. Но один из мощных стимулов, который часто недооценивают, — это раздражение.
Например, если вы заметили, что батарея в ваших наушниках разряжается быстрее, чем в первые дни после покупки, вы, скорее всего, просто смиритесь с этим или купите новые. Однако доцента Инженерного колледжа Кокрелла Техасского университета в Остине Ийцзинь Лю (Yijin Liu) такая ситуация не устроила.
«Всё началось с моих собственных наушников: я ношу только правый, и через два года заметил, что батарея в левом держится намного дольше, — рассказал учёный. — Тогда мы решили разобраться в этом вопросе.»
Исследование оказалось масштабным. В нём участвовали учёные из разных стран, использовалось передовое оборудование: инфракрасные камеры из Лаборатории пожарных исследований Университета Техаса, рентгеновские установки UT Austin и компании Sigray, а также синхротронные установки во Франции, Нью-Йорке, Иллинойсе и Стэнфорде. Это позволило заглянуть внутрь наушников и обнаружить ранее неизвестные детали.
«Мы провели детальный анализ деградации батареи в беспроводных наушниках и выявили, что износ аккумулятора зависит от его расположения, — говорится в научной статье. — Рентгеновский анализ показал, что ухудшение связано с химико-механическими процессами в материалах: формированием вторичных фаз, изменением кристаллической решётки, растрескиванием частиц и разрушением электродов. Инфракрасная съёмка выявила температурные градиенты, которые напрямую связаны с процессом деградации батареи.»
Проще говоря, батарея в наушниках не изолирована — на неё влияют другие компоненты устройства: антенна Bluetooth, микрофон, проводка. Эти элементы создают сложные температурные паттерны, которые со временем повреждают аккумулятор.
Добавим к этому то, что люди используют свои гаджеты в реальной жизни, а не в идеальных лабораторных условиях.
«Способы использования устройств меняют их поведение и срок службы батареи», — пояснил Гуаннань Цянь (Guannan Qian), первый автор исследования.
Например, если один человек заряжает телефон при 20%, а другой — доводит до нуля и оставляет на ночь, их батареи будут изнашиваться по-разному. Температура, частота подзарядки, даже стиль вождения у владельцев электромобилей — всё это влияет на срок службы аккумуляторов.
Однако при разработке наушников эти факторы не учитываются. Тесты проводят либо в идеальных условиях, либо в экстремальных, но не в типичных для пользователя сценариях.
«Это приводит к тому, что со временем батарея держит заряд всё хуже», — объясняет физик из Национальной лаборатории Брукхейвена Сяоцзин Хуан (Xiaojing Huang).
Но есть и хорошая новость: теперь, когда причины известны, можно менять подход к созданию и тестированию аккумуляторов.
«Разрабатывая новые батареи, мы должны учитывать разницу между лабораторными испытаниями и реальной эксплуатацией, — говорит Хуан. — И делать выводы.»
Данное исследование было опубликовано в журнале Advanced Materials.
