स्मार्टफोन बैटरी को चुपचाप खत्म करने की आदत "0% तक इस्तेमाल करना", नवीनतम शोध की चेतावनी

स्मार्टफोन की बैटरी को 1% तक इस्तेमाल करना और स्क्रीन के बंद होने के बाद चार्जर ढूंढना। लैपटॉप को पूरी तरह से बंद होने तक इस्तेमाल करना और फिर पावर से जोड़कर रिस्टार्ट करना। इलेक्ट्रिक वाहन की रेंज को आखिरी तक इस्तेमाल करना और फिर चार्ज करना।

कई लोगों के लिए, यह कोई असामान्य व्यवहार नहीं है। बल्कि, कुछ लोग पुराने चार्जेबल बैटरी युग की यादों को खींचते हुए "बैटरी को पूरी तरह से खत्म करने के बाद चार्ज करना बेहतर होता है" मानते हैं। हालांकि, वर्तमान में प्रमुख लिथियम आयन बैटरी में, यह आदत बैटरी की आयु को कम करने का एक कारण हो सकती है।

अब तक बैटरी के क्षय के कारणों के रूप में अक्सर उच्च तापमान, तेजी से चार्जिंग, पूर्ण चार्ज स्थिति में छोड़ना, और उच्च चार्ज वोल्टेज की चर्चा की गई है। वास्तव में, बैटरी गर्मी के प्रति संवेदनशील होती है। 100% पर लंबे समय तक छोड़ना भी एक बोझ हो सकता है। तेजी से चार्जिंग के दौरान उत्पन्न होने वाली गर्मी और रासायनिक तनाव को भी नजरअंदाज नहीं किया जा सकता।

हालांकि, कोरियाई शोध टीम द्वारा प्रस्तुत नई जानकारी एक और अंधेरे बिंदु पर प्रकाश डालती है। बैटरी को "अधिक चार्ज" करने के अलावा, "अधिक इस्तेमाल" करने से भी अंदरूनी रूप से एक चुपचाप विनाश हो सकता है।

समस्या "0%" नहीं बल्कि गहरा डिस्चार्ज करना है

इस बार ध्यान केंद्रित किया गया है, लिथियम आयन बैटरी में NMC प्रणाली के रूप में जाने जाने वाले कैथोड सामग्री पर। NMC का मतलब है, निकेल, मैंगनीज, कोबाल्ट को शामिल करने वाली परतदार ऑक्साइड सामग्री, जो इलेक्ट्रिक वाहनों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती रही है। विशेष रूप से उच्च निकेल अनुपात वाली NMC811 जैसी सामग्री ऊर्जा घनत्व को बढ़ाने में आसान होती है, लेकिन क्षय और स्थिरता की चुनौतियाँ भी होती हैं।

शोध टीम ने NMC622 और NMC811 जैसी व्यावहारिक कैथोड सामग्री का उपयोग किया और बैटरी को कितना डिस्चार्ज किया जा सकता है, यानी डिस्चार्ज कटऑफ वोल्टेज को बदलते हुए क्षय की प्रगति का अध्ययन किया। डिस्चार्ज कटऑफ वोल्टेज का मतलब है, "इससे अधिक बैटरी का उपयोग नहीं किया जा सकता" के रूप में तय की गई न्यूनतम वोल्टेज।

पारंपरिक दृष्टिकोण से, बैटरी को कम वोल्टेज तक इस्तेमाल करने से, उतनी ही अधिक ऊर्जा प्राप्त होती है। इसलिए, यदि आप रेंज या उपयोग समय को थोड़ा बढ़ाना चाहते हैं, तो न्यूनतम को कम सेट करना चाहते हैं। लेकिन प्रयोग में, न्यूनतम वोल्टेज को कम करने से क्षय अधिक हो गया। इसके अलावा, कम वोल्टेज क्षेत्र में अतिरिक्त क्षमता प्राप्त करने के बावजूद, जीवनकाल पर नकारात्मक प्रभाव बड़ा था।

अर्थात, आखिरी कुछ प्रतिशत को निकालने के लिए, बैटरी की आंतरिक संरचना को बड़ा नुकसान पहुंचाया जा सकता है।

बैटरी के अंदर होने वाला "सतह का क्षय"

लिथियम आयन बैटरी में, चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान लिथियम आयन कैथोड और एनोड के बीच आते-जाते हैं। नए स्थिति में, यह स्थानांतरण अपेक्षाकृत सुचारू रूप से होता है। लेकिन लंबे समय तक उपयोग के बाद, इलेक्ट्रोड की सतह या इंटरफेस बदल जाते हैं, लिथियम आयन के मार्ग अवरुद्ध हो जाते हैं, क्षमता कम हो जाती है, और प्रतिरोध बढ़ जाता है।

अब तक, NMC प्रणाली के कैथोड के क्षय में, मुख्य रूप से उच्च वोल्टेज पर ऑक्सीजन का उत्सर्जन और संरचनात्मक क्षय पर ध्यान केंद्रित किया गया है। चार्जिंग के दौरान कैथोड से लिथियम की अत्यधिक निकासी से सामग्री अस्थिर हो जाती है, ऑक्सीजन खो जाती है, और मूल परतदार संरचना एक विकृत संरचना में बदल जाती है जो रॉक सॉल्ट प्रकार के करीब होती है। यह एक व्यवस्थित रूप से रखी गई ईंट की दीवार के गिरने और मलबे के ढेर में बदलने जैसा है।

इस अध्ययन ने जो महत्वपूर्ण बिंदु दिखाया है, वह यह है कि इस तरह की संरचनात्मक परिवर्तन केवल चार्जिंग पक्ष में ही नहीं, बल्कि डिस्चार्ज पक्ष में भी हो सकते हैं। विशेष रूप से 3.0V से नीचे के गहरे डिस्चार्ज क्षेत्र में, कैथोड सतह से ऑक्सीजन निकलता है, लिथियम ऑक्साइड और ऑक्सीजन दोष उत्पन्न होते हैं। यह परतदार संरचना से रॉक सॉल्ट प्रकार की संरचना में परिवर्तन को प्रोत्साहित करता है, लिथियम आयन के स्थानांतरण को बाधित करता है।

शोध टीम ने इस घटना को "प्सूडो-ट्रांसफॉर्मेशन रिएक्शन" के रूप में वर्णित किया है। सामान्य परिवर्तन प्रतिक्रिया के रूप में सामग्री पूरी तरह से नष्ट नहीं होती, लेकिन कैथोड सतह पर स्थानीय रूप से, लेकिन निश्चित रूप से क्षय होता है। समस्या यह है कि, भले ही यह बैटरी के पूरे सतह क्षेत्र में थोड़ा सा दिखाई दे, लंबे समय में यह क्षमता की कमी और प्रतिरोध की वृद्धि के रूप में स्पष्ट रूप से प्रकट होता है।

गहरा डिस्चार्ज गैस उत्पादन भी बढ़ाता है

क्षय केवल संरचनात्मक परिवर्तन तक सीमित नहीं होता। कैथोड सतह से ऑक्सीजन के नुकसान के साथ, इलेक्ट्रोलाइट के साथ साइड रिएक्शन भी अधिक होने की संभावना होती है। अध्ययन में, गहरे डिस्चार्ज की गई सेल में गैस साइड उत्पादों में बड़ी वृद्धि की पुष्टि की गई। मूल लेख में, गहरे डिस्चार्ज की गई सेल में गैस उत्पादन में बड़े पैमाने पर वृद्धि का उल्लेख किया गया है।

गैस का उत्पादन बैटरी के विस्तार और आंतरिक प्रतिरोध की वृद्धि की ओर ले जाता है। स्मार्टफोन की बैटरी का फूलना, लैपटॉप के केस का उठना, EV या ऊर्जा भंडारण बैटरी में सेल की स्वास्थ्य की गिरावट। इन घटनाओं के पीछे, केवल "पुराना हो गया" कहकर नहीं निपटाया जा सकता, बल्कि जटिल रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं।

विशेष रूप से उच्च निकेल प्रणाली के कैथोड सामग्री में, यह समस्या गंभीर हो सकती है। निकेल को बढ़ाने से ऊर्जा घनत्व को बढ़ाना आसान होता है, लेकिन संरचना की स्थिरता में नुकसान होता है। अध्ययन में, गहरे डिस्चार्ज को बार-बार करने वाले उच्च निकेल प्रणाली के सेल ने तेजी से क्षमता खो दी, जबकि डिस्चार्ज की न्यूनतम सीमा को उच्च सेट करने वाले सेल ने क्षमता बनाए रखने की दर में बड़ी सुधार दिखाई।

यहां महत्वपूर्ण बात यह है कि बैटरी की आयु बढ़ाने के लिए नए सामग्री या महंगी उत्पादन तकनीकों की आवश्यकता नहीं होती। डिस्चार्ज की न्यूनतम सीमा को थोड़ा बदलना। यानी, बैटरी प्रबंधन सॉफ्टवेयर की सेटिंग्स को पुनः देखना ही क्षय को कम कर सकता है।

निर्माता और उपयोगकर्ता के लिए उपाय

इस अध्ययन द्वारा सुझाया गया सबसे सरल उपाय है, डिस्चार्ज कटऑफ वोल्टेज को बढ़ाना। बैटरी को वास्तव में खाली के करीब की स्थिति तक इस्तेमाल नहीं करने देना, और खतरनाक क्षेत्र में प्रवेश करने से पहले रोक देना। स्मार्टफोन के लिए, भले ही डिस्प्ले पर 0% दिखाया जाए, आंतरिक रूप से सुरक्षा के लिए कुछ मार्जिन छोड़ा जाता है। EV में भी, प्रदर्शित रेंज या चार्जिंग दर के पीछे, निर्माता द्वारा सेट किया गया बफर मौजूद होता है।

हालांकि, उस बफर को कितना लेना है, यह डिजाइन दर्शन पर निर्भर करता है। रेंज या उपयोग समय को लंबा दिखाना चाहने वाले उत्पादों में, उपयोगकर्ता के लिए उपलब्ध क्षमता को व्यापक रूप से लेना चाहते हैं। दूसरी ओर, यदि आयु को प्राथमिकता दी जाती है, तो रासायनिक रूप से कठिन क्षेत्रों से बचने के लिए अधिक मार्जिन की आवश्यकता होती है।

यह निर्माता के लिए एक कठिन व्यापार-ऑफ है। उपयोगकर्ता "एक बार चार्ज करने पर कितना उपयोग किया जा सकता है" को प्राथमिकता देते हैं। कैटलॉग में दिखाए गए रेंज या निरंतर उपयोग समय खरीद निर्णय में सीधे जुड़ते हैं। लेकिन, लंबे समय तक संतोषजनक उपयोग के लिए, कुछ वर्षों बाद भी बैटरी का स्वस्थ होना महत्वपूर्ण होता है।

उपयोगकर्ता के लिए एक सरल उपाय है, स्मार्टफोन या लैपटॉप में बैटरी को 20-30% के आसपास चार्ज करना। 0% तक इस्तेमाल करने की आदत से बचना। लंबे समय तक उच्च तापमान पर या 100% पर छोड़ने से भी बचना। EV के लिए, दैनिक उपयोग में अत्यधिक पूर्ण चार्ज या गहरे डिस्चार्ज को बार-बार न करना, वाहन के चार्जिंग सीमा सेटिंग्स का उपयोग करना।

बेशक, आपातकाल में 0% के करीब तक इस्तेमाल करने से बैटरी तुरंत खराब नहीं होती। समस्या यह है कि गहरे डिस्चार्ज को नियमित रूप से दोहराना है। बैटरी का क्षय एक बार की गलती से अचानक नहीं होता, बल्कि छोटे-छोटे बोझ के जमा होने से होता है।

सभी लिथियम आयन बैटरियों पर लागू नहीं होता

ध्यान देने योग्य बात यह है कि इस बार की जानकारी सभी लिथियम आयन बैटरियों पर समान रूप से लागू नहीं होती। अध्ययन का केंद्र, NMC प्रणाली के परतदार ऑक्साइड कैथोड सामग्री पर है, और विशेष रूप से उच्च निकेल अनुपात वाली सामग्री से संबंधित है।

हाल के वर्षों में, EV में LFP, यानी लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी का उपयोग तेजी से बढ़ रहा है। LFP में NMC की तुलना में ऊर्जा घनत्व में नुकसान होता है, लेकिन लागत, सुरक्षा, आयु, और संसाधन में लाभ होते हैं। अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी के डेटा के अनुसार, 2025 में LFP बैटरी दुनिया के EV बैटरी के आधे से अधिक को कवर करेगी।

इसलिए, "सभी स्मार्टफोन, सभी EV में समान क्षय समान रूप से होता है" यह मानना सही नहीं है। स्मार्टफोन की बैटरी में विभिन्न डिजाइन होते हैं, और EV में भी मॉडल, निर्माता, बैटरी रसायन, बैटरी प्रबंधन प्रणाली के अनुसार व्यवहार अलग होता है।

फिर भी, "0% तक इस्तेमाल करना बैटरी के लिए अच्छा है" यह विचार, आधुनिक लिथियम आयन बैटरियों पर लागू नहीं होता। कम से कम, गहरे डिस्चार्ज से बचना, कई उपयोगकर्ताओं के लिए कम जोखिम वाली आयु उपाय हो सकता है।

पाठक और सोशल मीडिया की प्रतिक्रिया में "समझ" और "टिप्पणी"

मूल लेख के टिप्पणी अनुभाग में, इस अध्ययन के प्रति पाठकों की प्रतिक्रिया भी दी गई है। इसमें यह स्पष्ट होता है कि आम उपयोगकर्ता बैटरी के क्षय को कैसे समझते हैं।

पहली प्रतिक्रिया है, "उच्च वोल्टेज समस्या नहीं है, बल्कि तेजी से चार्जिंग में समस्या करंट या वाट्स और उससे उत्पन्न गर्मी है"। यह कई लोगों की शंका है। स्मार्टफोन के चार्जर पर 5V, 9V, 20V जैसे अंकित होते हैं, और तेजी से चार्जिंग में वाट्स पर जोर दिया जाता है। उपयोगकर्ता के दृष्टिकोण से, "वोल्टेज", "करंट", "गर्मी" एक साथ बोले जाते हैं।

वास्तव में, बैटरी के क्षय की चर्चा करते समय, चार्जर की ओर से दी जाने वाली वोल्टेज और सेल के अंदर के इलेक्ट्रोड पोटेंशियल को अलग से सोचना आवश्यक है। आम पाठकों के लिए, यह भेद समझना कठिन होता है। इसलिए, वैज्ञानिक लेखों में "उच्च वोल्टेज" के बजाय, यह स्पष्ट करना आवश्यक है कि यह किस हिस्से की वोल्टेज को संदर्भित करता है।

दूसरी प्रतिक्रिया है, "आखिरकार यह उच्च वोल्टेज चार्जिंग से उत्पन्न गर्मी की समस्या नहीं है"। यह भी एक महत्वपूर्ण दृष्टिकोण है। बैटरी के क्षय में गर्मी एक बड़ा भूमिका निभाती है। लेकिन इस अध्ययन की दिलचस्पी यह है कि यह केवल गर्मी या तेजी से चार्जिंग से नहीं, बल्कि डिस्चार्ज के अंतिम चरण में कैथोड सतह पर होने वाले रासायनिक परिवर्तनों पर ध्यान केंद्रित करता है।

तीसरी प्रतिक्रिया है, "यह तो पहले से ही ज्ञात था"। वास्तव में, स्मार्टफोन या लैपटॉप के उपयोगकर्ताओं के बीच, 0% तक इस्तेमाल न करना, 20-80% के बीच में उपयोग करना, जैसे अनुभवजन्य नियम पहले से ही प्रचलित थे। बैटरी प्रबंधन में विशेषज्ञ लोगों के लिए, निष्कर्ष में नई बात नहीं हो सकती।

हालांकि, इस अध्ययन का मूल्य "0% तक इस्तेमाल न करना" जैसे जीवनशैली के सुझाव में नहीं है, बल्कि इसके पीछे होने वाले सामग्री स्तर के तंत्र को दिखाने में है। अनुभवजन्य नियमों को वैज्ञानिक समर्थन मिलने से, निर्माता बैटरी प्रबंधन प्रणाली के डिजाइन को अधिक तार्किक रूप से बदल सकते हैं। उपयोगकर्ता के लिए केवल एक टिप से, औद्योगिक डिजाइन के दिशा-निर्देश तक इसका अर्थ बढ़ता है।

चौथी प्रतिक्रिया है, लंबे समय से इस्तेमाल किए जा रहे स्मार्टफोन के अनुभव की कहानी। एक पाठक ने बताया कि 2016 से इस्तेमाल किए जा रहे Samsung डिवाइस अब भी काम कर रहे हैं, और उन्होंने शायद ही कभी पूरी तरह से डिस्चार्ज किया है। बेशक, एक व्यक्ति के अनुभव से वैज्ञानिक निष्कर्ष नहीं निकाला जा सकता। फिर भी, गहरे डिस्चार्ज से बचने की आदत का लंबे समय तक उपयोग में लाभदायक हो सकता है, यह कई उपयोगकर्ताओं के लिए समझने में आसान है।

यदि यह विषय सोशल मीडिया पर फैलता है, तो शायद प्रतिक्रियाएं तीन मुख्य समूहों में विभाजित होंगी। पहले, "आखिरकार 0% तक इस्तेमाल न करना सही था" कहने वाले। दूसरे, "पुरानी बातों की पुष्टि करने के लिए अध्ययन किया गया" कहने वाले। और तीसरे, "मॉडल और बैटरी के प्रकार के अनुसार भिन्नता होती है, इसे बहुत सरल बना दिया गया है" कहने वाले।

हर प्रतिक्रिया में कुछ न कुछ सही होता है। महत्वपूर्ण यह है कि निष्कर्ष को एक लाइन के जीवन हैक में बहुत अधिक संकुचित न किया जाए। "0% बिल्कुल गलत है" से डरने की जरूरत नहीं है। लेकिन "हमेशा खाली करके चार्ज करना" आधुनिक लिथियम आयन बैटरियों में बचने योग्य आदत है।

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हम बैटरी को अक्सर ईंधन टैंक की तरह समझ लेते हैं। इसे पूरी तरह से भरते हैं, फिर खाली होने तक इस्तेमाल करते हैं, और फिर से भरते हैं