Причины быстрой разрядки аккумулятора: Причины быстрой разрядки автомобильного аккумулятора — Рамблер/авто

Причины быстрой разрядки автомобильного аккумулятора — Рамблер/авто

Практически каждый водитель оказывался в ситуации, когда аккумуляторная батарея разряжалась совершенно не вовремя.

Фото: Car.ruCar.ru

Водитель открывает машину, садится в нее, и после поворота ключа зажигания ничего не происходит. Причина бесполезности автомобиля в разряженном аккумуляторе. Результатом становится необходимость его зарядки, установки другого, либо поиск машины для «прикуривания». Это может привести к опозданию на работу либо важную встречу. В чем же причина такой быстрой разрядки?

Почему аккумулятор быстро разряжается и дальнейшие действия. Быстрая разрядка имеет четыре основных причины:

• Аккумуляторная батарея. Это может быть следствием ее естественного износа или выхода из строя раньше положенного срока;
• Генератор. По причине неисправности генератора, аккумулятор не заряжается во время передвижения, либо заряда будет недостаточно для того, чтобы полноценно зарядить батарею;
• Бортовая сеть проводов. Изношенная проводка либо наличие утечки тока в электрическом оборудовании автомобиля может стать причиной ускоренной разрядки аккумулятора.
• Изношенность аккумулятора. Проверка его исправности выполняется в сервисном центре, либо своими руками. Для этой цели применяется нагрузочная вилка. Она представляет собой специальный прибор, в который входит вольтметр и сопротивление. Ее задача состоит в имитации ситуации для аккумулятора в момент запуска мотора.

Сначала следует проверить напряжение батареи при отсутствии нагрузки. Если батарея заряжена полностью, оно должно составлять не менее 12,7 В. После этого выполняется проверка под нагрузкой, для чего аккумулятор нагружается при помощи прибора и через 5 секунд на нем снимаются показания вольтметра. При исправном устройстве, оно должно равняться не менее, чем 10,2 В. В том случае, если без нагрузки прибор показывает нормальное напряжение в 12,7 и выше вольт, а испытание под нагрузкой показывает неудовлетворительный результат, следует приобрести новую батарею.

Причины, по которым АКБ может выходить из строя, следующие: сульфатация пластин, короткое замыкание, осыпание активной массы, другие причины, связанным с электролитом.

Проблемы с генератором. Если аккумулятор полностью исправен, то причину стоит искать в генераторе. Характер проблемы состоит в том, что он не может обеспечить достаточный уровень заряда для работы батареи. Поэтому даже после короткой стоянки с выключенным мотором стоит искать способы запуска мотора. В этом случае, стоит обратиться к автомобильному электрику для выяснения причин и возможности его ремонта.

Еще одной причиной может быть ослабление ремня генератора. Его следует подтянуть при помощи монтировка и специальный ключ.

Проблемы с бортовой сетью. Для выявления проблемы понадобится использовать мультиметр в режиме измерения тока 10А. После чего один щуп соединить с минусовой клеммой, а второй к минусовому токовыводу АКБ. Перед проведением измерения нужно отключить зажигание и все возможные потребители тока. При исправном аккумуляторе значение силы тока не должно превышать 0,02 А.

Ошибки водителя. Неопытность водителя может стать причиной ускоренной разрядки аккумулятора. Он может забыть выключить свет фар, магнитолу или другие потребители тока, что в итоге приведет к полному разряду, либо просто не уделяет должного внимания состоянию АКБ.

Причины быстрой разрядки аккумулятора у ноутбука

Если батарея вашего ноутбука быстро разряжается, причины этого могут быть разными: от износа аккумулятора до программных и аппаратных проблем с устройством.
В данной статье пойдет речь о том, почему может быстро уменьшаться заряд батареи, как выяснить причину и о том, как увеличить продолжительность его автономной работы.

Износ батареи ноутбука

Первое, что стоит проверить при сокращении времени автономной работы это — степень изношенности аккумулятора. Это может быть актуально не только для старых устройств, но и для недавно приобретенных: например, частый разряд батареи «в ноль» может привести к преждевременной деградации аккумулятора.

Есть много способов выполнить такую проверку, рассмотрим один из способов через программу AIDA64, программа платная, но есть бесплатная версия.

Скачать бесплатно AIDA64 вы можете с официального сайта https://www.aida64.com/downloads .

В программе, в разделе «Компьютер» -> «Электропитание» вы сможете увидеть основные относящиеся к данной проблеме пункты — «Паспортная емкость батареи» и ее «Ёмкость при полной зарядке» (с учетом износа), еще один пункт «Степень изношенности» отображает на сколько процентов текущая полная емкость ниже паспортной.

Исходя из этих данных можно судить о том, является ли именно износ аккумулятора корнем проблемы.
К примеру, заявленная продолжительность автономной работы — 6 часов. Сразу отнимаем процентов 20 на то, что производитель приводит данные в специально созданных идеальных условиях, а затем от получившихся 4.8 часов отнимаем еще 40 процентов (степень изношенности аккумулятора), остается 2.88 часа.

Если время работы ноутбука от батареи примерно соответствует этой цифре при обычном использовании (браузер, документы), то, судя по всему дополнительные причины искать необязательно, всё в норме, за исключением износа аккумулятора, и время автономной работы соответствует текущему состоянию аккумулятора.

Драйверы управления питанием

Вторая распространенная причина разрядки батареи — отсутствие необходимых официальных драйверов оборудования и управления питанием.

Оборудование ноутбуков большинства производителей имеет отличия от универсальных вариантов и может работать неправильно без официальных драйверов чипсета, ACPI (не путать с AHCI), а иногда — дополнительных утилит, которые предоставлены самим производителем.

Верный путь будет таким:

1. Зайти на официальный сайт производителя ноутбука и в разделе «Поддержка» (Support) найти загрузки драйверов для вашей модели ноутбука.
2. Скачать и установить вручную драйверы оборудования, в частности чипсета, утилиты для взаимодействия с UEFI при их наличии, драйверы ACPI. Даже если доступные драйверы будут только для предыдущих версий ОС (например, у вас установлена Windows 10, а в наличии — только для Windows 7), используйте их, возможно потребуется запуск в режиме совместимости.

3. Ознакомиться с выложенными на официальном сайте описаниями обновлений БИОС для вашей модели ноутбука — если среди них есть те, которые исправляют какие-либо проблемы с управлением электропитанием или разрядом батареи, имеет смысл установить их.

Примеры таких драйверов, для вашего ноутбука могут быть и другие, но по этим примерам можно примерно предположить, что требуется:

• Advanced Configuration and Power Management Interface (ACPI) и Intel (AMD) Chipset Driver — для Lenovo.
• HP Power Manager Utility Software, HP Software Framework и HP Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) Support Environment — для ноутбуков HP.
• ePower Management Application, а также Intel Chipset и Management Engine — для ноутбуков Acer.
• ATKACPI driver and hotkey-related utilities или ATKPackage — для Asus.

• Intel Management Engine Interface (ME) и Intel Chipset Driver — почти для всех ноутбуков с процессорами Intel.

Примечание: если в диспетчере устройств отображаются неизвестные устройства, обязательно разберитесь, что это и также установите необходимые драйверы.

Программы, влияющие на разряд аккумулятора ноутбука

Энергию так или иначе потребляют все запущенные на компьютере программы. Однако, наиболее часто причиной того, что ноутбук быстро разряжается оказываются программы в автозапуске или вредоносные программы.

И если антивирус трогать не стоит, то остальное необходимо отключить из автозагрузки, равно как и проверить компьютер на наличие вредоносных программ.

Пыль и перегрев ноутбука

И еще один важный момент, способный влиять на то, как быстро садится батарея на ноутбуке это — пыль в корпусе и постоянный перегрев ноутбука.

Если вы почти постоянно слышите быстро вращающийся вентилятор системы охлаждения ноутбука (при этом, раньше, его почти не было слышно), подумайте над исправлением этого, так как даже само по себе вращение кулера на высоких оборотах вызывает повышенный расход энергии.

В общем случае, я бы рекомендовал обратиться для чистки ноутбука от пыли к специалистам.

Дополнительная информация

И еще некоторая информация на тему батареи ноутбука, которая может оказаться полезной:

• В Windows 10 в «Параметры» —> «Система» —> «Батарея» вы можете включить экономию заряда батареи.

• Во всех последних версиях Windows вы можете вручную настроить схему электропитания, параметры экономии энергии для различных устройств.

• Если на ноутбуке вы играете в современные игры или пользуетесь «мощными» программами, то быстрый разряд аккумулятора может быть нормальным явлением, а время автономной работы от одного заряда при таком режиме использования сокращаться в несколько раз по сравнению с заявленным.

• Режим сна и гибернация, а также завершение работы с включенным режимом «быстрого запуска» в Windows 10 и 8 также расходуют заряд аккумулятора, при этом, на старых ноутбуках, могут делать это быстро. На более новых устройствах при наличии всех необходимых драйверов о разряде при гибернации и завершении работы с быстрым запуском можно не беспокоиться.

Быстро садится телефон — Причины быстрой разрядки телфона

Вопрос, почему быстро разряжается батарея на смартфоне, хотя бы раз задавал себе каждый владелец устройства. Казалось бы, АКБ, простояв всю ночь на подзарядке, показывает ожидаемые 100%, но уже через два-три часа от них остаются две трети, половина — а то и 15–20%. На работе, учёбе или в дороге зарядить гаджет получается не всегда — и вы остаётесь без работающего смартфона, а значит, без связи с родными, коллегами, друзьями.

Из статьи от «Службы добрых дел» вы узнаете, почему быстро садится аккумуляторная батарея — и что сделать, чтобы заряда гаджета на базе ОС «Андроид» хватало на большее время. Мы разберём основные причины быстрой разрядки аккумулятора — хорошо известные и такие, о которых обычный пользователь даже не подозревает.

Завышенная яркость экрана

Максимальная яркость экрана гаджета Android не просто приводит к повышенному расходу энергии, но и становится причиной проблем с глазами. Она необходима на улице, на ярком солнечном свету, но в помещении может быть без потерь видимости сокращена до 30–45%, а ночью — и до 10–15%.

Чтобы скорректировать яркость дисплея:

1. Потяните вниз шторку уведомлений вашего смартфона.
2. Найдите шкалу яркости — обычно она расположена прямо под иконками быстрого доступа.
3. Передвигайте ползунок назад (влево), пока яркость не станет приятной для глаза: в дневное время это примерно середина шкалы.

Если быстро садится батарея на смартфоне, рекомендуем выставить автоматическую корректировку яркости: тогда не придётся каждые три-четыре часа передвигать ползунок вручную.

Также советуем выставить в настройках смартфона «тёмный режим»: он, за счёт меньшего свечения экрана, более приятен глазу, а благодаря оптимизации — расходует меньше заряда АКБ. Опция по умолчанию доступна на новых моделях смартфонов, начиная с Android 9/10.

Беспроводные подключения расходуют заряд

Гаджет, одновременно получающий сигнал вай-фай, подключённый к другому устройству при помощи Bluetooth, а тем более — раздающий мобильные данные, тратит на эти процессы порядка 10–30% заряда. Если быстро садится аккумулятор на телефоне, исключите лишние траты, оставив только необходимые беспроводные соединения, или активируйте их по очереди. По возможности старайтесь подключаться не к мобильным данным, а к сетям Wi-Fi: это сильно замедляет разрядку АКБ.

Множество фоновых процессов

Часто приложения, которые вы давно закрыли (и даже удалили из списка «Недавние»), продолжают работать в фоне. Это необходимо, чтобы вы могли вовремя получать уведомления — от банков, почтовых сервисов, мессенджеров. Но вместе с полезными извещениями будет приходить и реклама, обычно через установленные бесплатные игры. Вам она не нужна, а заряд батареи расходует не меньше, чем полезные приложения.

Если телефон стал быстро разряжаться:

• Откройте системные настройки смартфона.

• Перейдите в раздел «Приложения».

• Посмотрите, какие апплеты продолжают работать.

• Открывайте заголовки программ, в работе которых пока не нуждаетесь, и завершайте процессы нажатием кнопки «Остановить».

Обратите внимание: некоторый софт может возобновлять работу даже после того, как его остановили вручную. Советуем время от времени проверять, не связана ли быстрая разрядка аккумулятора со вновь запустившимися лишними приложениями.

А если программа продолжает упорно запускаться в фоне, рекомендуем удалить её, заменив на менее навязчивый аналог.

Быстрая разрядка из-за действий вирусов

Следующий ответ на вопрос, почему телефон быстро разряжается, — попадание в операционную систему вредоносного кода. Он внедряется в фоновые процессы и создаёт свои, что приводит к резкому росту расхода заряда АКБ. Чтобы избавить ОС от угроз и защитить батарею от перегрузок, скачайте любой бесплатный антивирус, например, Dr. Web Light, и проведите полное сканирование Android.

Нельзя забывать и об износе аккумулятора. Спустя полтора-два года интенсивной работы ёмкость неизбежно падает — и гаджет разряжается быстрее, чем сразу после покупки. Выход очевиден: замените АКБ на новую, сами или в сервисном центре.

Хотите задать дополнительные вопросы? Позвоните или напишите в «Службу добрых дел» — мы расскажем, как сделать так, чтобы смартфон работал максимально долго!

Почему смартфон быстро разряжается — 6 причин, почему быстро садится батарея

Почему быстро, буквально за пару-тройку часов, разряжается батарея на телефоне? Обычный виновник у большинства пользователей – «прожорливые» операционки (например, ОS Android), ресурсоемкие утилиты и яркий дисплей смарта. Так ли это на самом деле? Есть ли какие-то способы удержать заряд батареи от стремительного истощения? Чтобы разобраться в этом, стоит изучить данный материал.

Читайте также: Как пользоваться смартфоном: краткий мануал из 5 пунктов для новичков.

Почему телефон быстро разряжается: основные причины

Даже новейшие гаджеты с очень емким аккумулятором (например, в Samsung Galaxy Note 10 энергозапас батарейки составляет аж 5000 мАч) могут садиться в считанные часы. Постоянная зарядка по нескольку раз в день – однозначно не выход из положения. Чтобы узнать, как с этим бороться, стоит для начала выяснить, с чем связана такая неприятность.

Вот основные проблемы, почему смартфон, вне зависимости от бренда-производителя, быстро разряжается:

1. Износ батареи смарта. «Древний» аккумулятор – главная причина быстрой потери энергозапаса. При зарядке аккумулятор нагревается из-за возросшего внутреннего сопротивления. Можно визуально осмотреть его, вынув из гаджета (если это возможно). Разбухание, коррозия, деформация, различные пятна на поверхности – тревожный звоночек и повод заменить батарею на новую. Как еще узнать о состоянии аккумулятора? Набрать на смарте с ОС Андроид комбинацию: *#*#4636#*#*. Появится меню, в котором нужно кликнуть на пункт «Информация о батарее». В нем будет описан уровень заряда, состояние, температура и прочие данные об аккумуляторе. Владельцы «яблочных» девайсов с iOS, начиная с версии 11. 3, могут посмотреть состояние батареи прямо в настройках Айфона.
2. Использование на холоде или жаре. Современные батареи, хоть и имеют большой энергозапас, но к минусовым температурам, знойной погоде относятся не очень хорошо. Температурные пределы работы устройства можно узнать из его характеристик. И лучше их не превышать, чтобы батарея смартфона не разрядилась в нужный момент. Немного «согреть» телефон в холод поможет чехол, который с 2-х сторон закрывает аппарат. 
3. Очень яркий экран. Конечно же, большинству юзеров хочется видеть максимально яркий дисплей с сочными оттенками, но если перестараться и выставить показатели до 100%, то экран будет просто «съедать» энергоемкость батареи. Чтобы исправить этот недочет, нужно перейти в настройки яркости дисплея и специальным ползунком уменьшить ее до комфортной для работы с девайсом. Около 50-60% вполне достаточно. 
4. Ресурсоемкие функции. Если девайс функционирует по программе «все включено», то неудивительно, что заряд батареи становится все меньше и меньше в считанные часы. Wi-Fi, Bluetooth, NFC – работа всего это требует расхода энергозапаса. Поэтому, если данные функции прямо сейчас не нужны, стоит их деактивировать в настройках аппарата.
5. Нестабильная сотовая связь/GPS. Емкость батареи уменьшается на глазах, когда телефон пытается найти постоянно ускользающую связь (если есть перебои с соединением). Датчик GPS – один из наиболее «прожорливых». В незнакомой местности он нужен, но вот дома или на работе вряд ли стоит его активировать.
6. Мобильные вирусы. Если игнорировать предупреждение системы безопасности браузера, посещать подозрительные веб-ресурсы, скачивать проги из ненадежных источников, то заражения вирусами смарта не миновать. Вредоносное ПО может тратить заряд батареи намного больше, чем обыкновенные утилиты. Чтобы перестраховаться, стоит установить антивирус. 

Все перечисленные проблемы могут коснуться девайсов независимо от фирмы-производителя, например, одинаковые шансы у смарта от ASUS или HTC. Скоростной разряд батареи чаще связан с неправильной эксплуатацией устройства. Но какие меры, кроме правильного обращения со смартом, можно принять для улучшения функционирования аккумулятора? Об этом – далее в разделах. 

Интересно узнать: Как правильно заряжать смартфон. 5 простых советов, которые помогут продлить срок службы батареи. 

Что же делать, если телефон слишком быстро разряжается?

Чтобы справиться с проблемой, можно предпринять следующие 3 шага.

Способ №1. Калибровка батареи. Это помогает «запомнить» аккумулятору, что ему нужно заряжаться именно до 100%, не отключаясь ранее. Калибровку можно осуществить при помощи проги Battery Monitor. 

Что нужно делать: 

После таких действий мобильный аппарат должен «запомнить» нужный уровень заряда и не понижать его. Процесс можно повторить несколько раз. 

Интересно узнать: ТОП-10 смартфонов с мощным аккумулятором.

Способ №2. Обновление системы. Новая версия Android или другой ОС несет значительное количество улучшений, в том числе и тех, которые влияют на состояние заряда аккумулятора. Обновление устройства до новой версии – шанс исправить все дефекты прежней ОС. На смарты от Samsung или Apple регулярно «прилетают» новшества (если в настройках установлено автоматическое обновление), юзеру нужно только кликнуть на «Установить». Это можно сделать и вручную, скачав ПО на сайте производителя. 

Способ №3. Удаление ненужного ПО – если развлекательные или рабочие программы больше не нужны, не нужно засорять память девайса и тратить энергозапас батареи впустую. Нужно просто удалить неиспользуемые приложения. 

Кроме того, можно воспользоваться специальными прогами: для смартов на Android – Clean Master, для iPhone – iTunes.

Может заинтересовать: Как прошить Android-смартфон: 5 этапов.

Программы для экономии батареи: лучшие

Все вышеописанные способы можно комбинировать с использованием специальных прог, помогающих батарее сэкономить заряд. Все утилиты находятся в свободном доступе на просторах интернета. Пользователю нужно просто скачать их и установить на смарт.

Greenife – функционирует в фоновом режиме и снижает активность смарта тогда, когда юзер им не пользуется. Плюсы проги – она обнаружит и отключит все ненужные процессы (даже те, которые не отображаются в менеджере задач).

DU Battery Saver – прога деактивирует фоновые процессы и демонстрирует всю информацию про пользование аккумулятором. Есть отдельная кнопка «Оптимизировать», позволяющая отключать любые ресурсоемкие утилиты.

Amplife – отключает все лишние процессы, когда смарт не используется. Прога функционирует в автоматическом режиме, самостоятельно выключая ненужные приложения. Возможна ручная настройка.

GO Battery Saver – в ней есть несколько профилей экономии энергозапаса. Их можно переключать между собой, для этого нужно разместить виджет на экране аппарата. Кроме бесплатной версии, есть еще премиум-вариант, в котором можно составить расписание для включения/отключения профилей.

Интересно узнать: Твердотельные аккумуляторы для смартфонов: 5 причин, почему за ними будущее.

Используя данные программы и правильно пользуясь смартом, можно обеспечить отличные показатели автономности девайса. Главное – изучить все нюансы зарядки и не испытывать судьбу, скачивая подозрительное ПО. Тогда можно рассчитывать, что заявленные в характеристиках часы автономности телефона действительно сбудутся на практике.

Почему на Samsung Galaxy быстро садится батарея и что с этим делать + Видео

• Каждый раз, когда вы решите установить новое приложение, обращайте внимание на его разрешения. Разрешения – это список действий, которое приложение сможет выполнять на вашем устройстве после его загрузки. Чем больше у приложения будет разрешений, тем больше системных ресурсов оно будет задействовать, и тем сложнее устройству будет уйти в спящий режим, ведь приложение может работать в фоновом режиме и будет его постоянно будить, даже если экран вашего гаджета выключен и им никто не пользуется.

Подробнее про разрешения вы можете почитать в нашей статье.

• Обязательно контролируйте количество установленных приложений, ведь как мы выяснили, у каждого приложения есть разрешения, а если приложений много, то и разрешений становится больше. Если есть ненужное приложение – удаляйте его.

• Старайтесь выбирать те приложения, которые написаны известными авторами, скачаны много раз и имеют высокий рейтинг. Это не является гарантией, но сокращает риски. Помните: функционал и стабильность приложения могут не только улучшаться, но и ухудшаться при обновлениях. Часто бывает так, что на устройство не ставилось никаких новых приложений, но вдруг оно начало быстро разряжаться. Проблема может заключаться в неудачно написанном обновлении для какого-нибудь приложения.

• Для диагностики вашего устройства можно воспользоваться безопасным режимом. Отличается он от обычного тем, что работают в нем только стандартные приложения, а все загруженные отключаются и не оказывают никакого воздействия на систему. Если проблема в безопасном режиме исчезает, можно смело делать вывод: виноваты загруженные приложения. Увы, на данный момент не существует какого-либо инструмента, который позволяет выяснить, что же именно это за приложение, поэтому обычно действуют так: загружают гаджет в безопасном режиме и проверяют наличие проблемы. Если неисправность пропала, то загружаются в обычном режиме и начинают удалять те приложения, которые были установлены или обновлены последними, пока не найдут виновника. Кстати, можете попробовать сделать такой тест: загрузите вашего устройство в безопасном режиме, засеките время, которое оно проработает от одной зарядки, и сравните его со временем работы в обычном режиме. Уверяем, Вы будете удивлены. Подробнее про безопасный режим можно почитать в нашей специальной статье.

Также пользователи пишут нам, что в разряде виноваты еще и предустановленные (встроенные) приложения. Возможно, доля правды в этом и есть, но многочисленные эксперименты говорят о том, что если влияние и есть, то оно кране мало. Операционная система устроена так, что работа многих приложений зависит друг от друга и их бездумное удаление может только навредить устройству.

Тем не менее, было бы нечестно не рассказать обо всех возможностях, поэтому делимся с вами «секретами»: часть предустановленных приложений можно отключить так, что они не будут оказывать влияния на систему, т.е. они как бы засыпают. Как это сделать, можно посмотреть в этой статье. При необходимости вы можете включить их обратно.

Почему смартфон быстро разряжается? Четыре причины — Российская газета

Смартфоны с аккумулятором на 4000-5000 мАч становятся новым стандартом рынка — скоро будет сложно встретить аппарат на Android, который имел бы батарею меньшей емкости.

Но даже такие монстры могут столкнуться с быстрым разрядом аккумулятора. Почему? Вот несколько возможных причин.

1. Вредоносные приложения. Даже в официальном каталоге программ для Android могут встречаться приложения-шпионы, программы для прослушки через встроенный микрофон, криптомайнеры и другие неприятные пассажиры. Практически любое такое приложение очень активно работает в фоне, вызывая повышенный расход батареи.

Что делать? Установить антивирус, проверить список установленных приложений. Если не помогает — сбросить смартфон к заводским настройкам.

2. Старый аккумулятор. В iOS можно посмотреть состояние аккумулятора — достаточно зайти в соответствующий раздел настроек. В Android нужно использовать специальные приложения — например, AccuBattery.

В год батарея может терять пять и более процентов от первоначального объема, поэтому спустя два-три года, особенно если смартфон не «обнулялся» и не чистился от старых приложений, скорость разряда может стать заметной.

Что делать? Менять аккумулятор — лучше всего в фирменном сервисе.

3. «Лишние» приложения. Те, которые были установлены когда-то очень давно и непонятно зачем, а потом потеряны в обширном списке всех приложений. Могут потихоньку сидеть в оперативной памяти, даже если ими никто не пользуется, и «подъедать» заряд батареи.

Что делать? Провести генеральную уборку. Для начала — вручную, просто удалив все лишнее и давно забытое.

4. «Прожорливые» приложения. Своей любовью к заряду аккумулятора было известно, например, приложение Facebook — из-за того, что активно обновляло данные в фоновом режиме. Однако любое приложение может оказаться таким — никто не застрахован от неожиданностей.

Что делать? Зайти в настройки аккумулятора и посмотреть, на долю каких приложений приходится самый большой разряд. По возможности удалить или поискать более легкую альтернативу (Facebook Lite, например).

К слову, фоновое обновление контента приложений, которое многие советуют отключить (или же оставить его только для соединения Wi-Fi) ради экономии заряда, на самом деле не так сильно влияет на расход энергии аккумулятора — это из личного опыта.

Причины быстрой разрядки аккумулятора автомобиля — Полезные статьи

Главная функция автомобильного аккумулятора – подача электрической энергии на стартер, кроме этого, он питает устройства и приборы бортовой сети, когда не работает двигатель. Если происходит быстрый разряд аккумулятора, холодный пуск, а также бесперебойное снабжение всех агрегатов электричеством, может быть затруднительно. Срок службы аккумулятора зависит от его типа и может составлять от 3-х до 10 лет. Слишком быстрый разряд аккумулятора может возникать из-за многих причин. Рассмотрим наиболее распространенные.

 

 

Дефекты аккумулятора

Естественный износ батареи – основная причина, которая приводит к невозможности дальнейшего использования аккумулятора. К факторам, которые снижают работу АКБ, относятся:

— электрохимическая коррозия,

— сульфатация

— механическое разрушение корпуса

— потеря однородности

Выработанный ресурс аккумулятора служит полностью естественной причиной выхода АКБ из строя. Частой причиной быстрого разряда служит также большой ток утечки.

Ток утечки может быть внутренним и внешним, внутренняя утечка имеет более низкое значение, чем внешнее. Допустимая норма утечки при исправном аккумуляторе, составляет 15-70 мА. Данное значение зависит от количества приборов, а также устройств.

Исправная система электропитания, компенсирует утечку подзарядкой АКБ от генератора. Больше всего потеря тока возникает в холодное время года, когда аккумулятор не может поддерживать номинальные параметры.

Место утечки тока в АКБ выявляется строго по определенной схеме, для этого используется амперметр или же цифровой мультиметр. Перед началом измерения выключается зажигание, отключаются все приборы и устройства, который потребляют энергию в автомобиле. После этого снимается «минусовая» клемма с аккумулятора, между ней и кабелем последовательно подключается амперметр и мультиметр, который настроен на измерение силы тока.

В том случае, если превышена максимально допустимая норма утечки 70мА, необходимо выявить где именно происходит утечка. Тщательно проверяются и диагностируются все элементы поврежденной цепи.

Практика показывает, что утечка наиболее часто возникает из-за неправильно выполненного подключения дополнительного электрического оборудования. К ним относятся – электронные автосигнализации, акустические системы, фары, ходовые огни и т.д.

Провести диагностику аккумуляторной батареи и ремонт автомобиля в Твери вы всегда можете выполнить в сервисе «Колесо.69».

Батарея 101 Три вещи, о которых нужно знать Свинцово-кислотные батареи

Три наиболее часто задаваемых вопроса

Наша команда здесь, в Northeast Battery, задает массу вопросов об аккумуляторах и о том, как они работают. Несмотря на то, что мы получаем ряд вопросов по различным аккумуляторным батареям , мы подумали, что продолжим и ответим на три наиболее часто задаваемых вопроса о свинцово-кислотных аккумуляторах . Готовый? Вот так.

1. Развивают ли свинцово-кислотные аккумуляторы память?

Быстрый и простой ответ — нет.Для тех, кто ищет дополнительный кредит, ознакомьтесь со списком ниже.

Свинцово-кислотные аккумуляторы не подвержены эффекту памяти. Эффект памяти был ограничен никель-кадмиевыми батареями в 70-х и 80-х годах. Эффект памяти возник, когда в никель-кадмиевой батарее развивалась циклическая память, которая позволяла батарее «запоминать», сколько энергии было ранее потреблено.

Во время последующих розыгрышей батарея не выдавала больше, чем было раньше. Современные никель-кадмиевые батареи не имеют циклической памяти.

2. Разряжаются ли свинцово-кислотные батареи, когда они не используются?

Да, у всех батарей наблюдается некоторый саморазряд. Но скорость разряда свинцово-кислотных аккумуляторов зависит от нескольких ключевых факторов.

• Температура: Чем теплее окружающая среда при хранении аккумулятора, тем выше скорость саморазряда. Например, батарея, хранящаяся при средней температуре 80 ℉, будет разряжаться со скоростью 4% в неделю.В то время как свинцово-кислотная батарея, хранящаяся при температуре 65, будет разряжаться только со скоростью примерно 3% в месяц.

• Продолжительность хранения: Время, в течение которого батарея находится на хранении , также приведет к саморазряду. Свинцово-кислотный аккумулятор, оставленный на хранение при умеренных температурах, имеет расчетную скорость саморазряда 5% в месяц. Эта скорость увеличивается при повышении температуры и повышении риска сульфатирования.

• Сульфатирование: Это скопление кристаллов сульфата свинца, которое возникает, когда свинцово-кислотный аккумулятор остается без полного заряда.Даже если вы дадите своему аккумулятору небольшой заряд, например, поместите его в машину и дадите ему поработать, этого все равно будет недостаточно для борьбы с саморазрядом, который может иметь место.

• Грязь: Пыль и грязь на хранящемся аккумуляторе также могут вызвать реакцию, приводящую к саморазряду. Вы можете легко предотвратить это, протерев верхнюю часть батареи чистой, сухой и мягкой тканью. Лучший способ уменьшить саморазряд, пока ваши батареи находятся на хранении, — это три C.Держите их чистыми, прохладными и полностью заряженными.

3. Нужно ли мне полностью разрядить свинцово-кислотный аккумулятор перед его зарядкой?

Это жесткий и быстрый НЕТ. Полностью разрядив свинцово-кислотный аккумулятор или даже разрядив его ниже 80% от номинальной емкости, вы можете повредить аккумулятор.

Убеждение, что перед подзарядкой аккумулятор необходимо полностью разрядить, восходит к проблеме эффекта памяти. (См. Вопрос 1.) Поскольку это больше не проблема (и никогда не было проблемой для свинцово-кислотных аккумуляторов), нет необходимости в полной разрядке.

Разрядив свинцово-кислотную батарею до уровня ниже заявленного производителем напряжения разряда в конце срока службы, вы позволяете изменить полярность некоторых из более слабых элементов. Это вызывает необратимое повреждение этих элементов и предотвращает перезарядку аккумулятора.

Аккумулятор с высокой скоростью разряда по сравнению с обычным аккумулятором

Высокая скорость представляет собой зарядку и разрядку литий-ионной полимерной батареи по сравнению с обычной скоростью.Батарея с высокой скоростью разряда делится на скорость разряда и скорость заряда, и «C» используется для обозначения соотношения тока заряда и разряда батареи, то есть скорости. Например, для аккумулятора емкостью 1200 мАч, 0,2 ° C означает 240 мА (0,2 мА для аккумулятора емкостью 1200 мАч), а 1 ° C означает 1200 мА (1-кратное значение для аккумулятора на 1200 мАч). Аккумуляторы с высокой скоростью разряда можно быстро заряжать. Однако, поскольку ионы лития внедряются в графит отрицательного электрода во время зарядки, процесс введения ионов лития в положительный электрод во время процесса разряда затруднен, поэтому коэффициент быстрой зарядки обычно ниже, чем скорость разряда.

Зачем нужен аккумулятор с высокой скоростью разряда? Если обычная батарея быстро заряжается, легко вызвать отслоение лития отрицательного электрода, что приводит к ускоренному ухудшению характеристик батареи. В тяжелых случаях внутреннее короткое замыкание может привести к возгоранию аккумулятора. Для большинства потребительских приложений требуется всего 1С батареи, вы должны выбрать батарею с высокой емкостью, если вам нужна более высокая скорость разряда и более быстрое время зарядки.С развитием различных отраслей промышленности, более высокие требования к разрядке и более быстрой зарядке аккумуляторов подтолкнули к техническому усовершенствованию и применению аккумуляторов с нормальным током. В настоящее время высокопроизводительные батареи широко используются в беспилотных летательных аппаратах, дронах для защиты сельскохозяйственных растений, источниках питания для аварийного запуска, моделях самолетов, электроинструментах и ​​т. Д.

Каковы особенности аккумуляторной батареи с высоким уровнем разряда? — Высокая производительность по мощности, разрядке и сроку службы благодаря процессу штабелирования.- Возможность достижения импульса 150C, разряда 90C в течение 2 секунд, непрерывного разряда 45C и быстрой зарядки 5C. — Обеспечивает лучшую температурную стабильность и устойчивость за счет допуска более высокой скорости разряда. — Ультратонкие характеристики, легкий вес, гибкий размер, гибкие формы и способность адаптироваться ко многим приложениям. — Обладая ультратонкими характеристиками, маленькими размерами, чрезвычайно легким весом, литиевый полимер с высокой производительностью может быть изготовлен в различных формах и емкостях фасонных батарей, толщина может достигать 0.45мм;

Чем отличается аккумулятор с высокой скоростью разряда от аккумулятора с нормальным разрядом?

Кривая нагнетания 40C

На рисунке батарея той же емкости продолжает разряжать тестовую кривую при том же токе (40 ° C), видно, что напряжение разряда высокоскоростной батареи высокое, падение напряжения небольшое, и большая емкость Из-за внутреннего сопротивления высокоскоростной батареи малы, низкие потери во время разряда большого тока, поэтому платформа напряжения разряда и емкость могут оставаться большими.На рисунке показаны тестовые кривые импульсного разряда батареи той же емкости 50C 5S, 100C 2S, видно, что напряжение батареи Grepow с высокой скоростью разряда высокое, может поддерживать большой импульсный разряд тока, платформа напряжения разряда остается высокой и может поддержка большого тока разряда за короткое время.

Приведенная выше кривая испытания на срок службы показывает зарядку 1C высокопроизводительной батареи Grepow, которая разряжается при 30 ° C и 40 ° C соответственно, после 300 недель цикла, степень сохранения емкости разряда батареи 30C остается выше 93%, а разряд батареи 40C. Уровень удержания емкости держится выше 85%, все держится на высоком уровне.Чем больше ток разряда батареи, тем больше тепла вырабатывается внутри батареи, и затухание батареи будет больше, поэтому скорость сохранения разрядной емкости батареи 40C ниже, чем у батареи 30C.

Обычная батарея VS High C Rate Battery

Из-за того, что в высокоскоростной батарее используется материал электрода, который подходит для высокоскоростной разрядки, конструкция внутреннего сопротивления электрода меньше, чем у обычной батареи, поэтому аккумуляторная батарея имеет платформу для высокой разрядки, высокую эффективность разряда и высокая выходная мощность и энергия.

Кривая быстрой зарядки

Быстрая зарядка аккумулятора 3C до полной зарядки занимает всего 25 минут, зарядка обычного литиевого аккумулятора 1C занимает более 80 минут, так как кривая быстрой зарядки, время зарядки может сэкономить более 60%.

Что такое аккумуляторные батареи с высоким разрядом? Ячейка с высоким разрядом GREPOW для радиоуправляемых хобби, электроинструментов, электрических гоночных мотоциклов, электродвигателей, автомобилей Formula Student, электрических скейтбордов, пусковых батарей для силовых видов спорта, стартеров для прыжков, портативных электростанций и т. Д.Наша команда по исследованиям и разработкам тесно сотрудничает с клиентами, чтобы предложить лучшее решение для их аккумуляторов. Источник: Grepow Аккумулятор с высокой скоростью разряда

Почему аккумулятор Android быстро разряжается и как это исправить

Смартфоны продолжают становиться все быстрее, и каждое обновление сопровождается множеством новых функций, которые обещают облегчить вам жизнь. Но эта технология также может сократить время автономной работы, вызывая у вас разочарование.

Если ваш Android ™ разряжается быстрее, чем обычно, не паникуйте.В Asurion наши специалисты ежедневно помогают миллионам клиентов решать подобные проблемы, используя простые решения. Вот их руководство о том, что вызывает разрядку батареи Android и как это исправить.

Почему мой телефон Android умирает так быстро?

Аккумулятор Android разряжается по ряду причин. Вот некоторые из наиболее распространенных:

• Слишком много push-уведомлений и предупреждений, разряжающих аккумулятор.
• Слишком много приложений, использующих службы определения местоположения.
• Слишком много приложений работает в фоновом режиме.
• Экран слишком яркий.
• Перед сном экран остается включенным слишком долго.
• Телефон не обслуживается.
• Операционная система телефона устарела.
• Телефон и аккумулятор подвержены резким перепадам температуры.
• Аккумулятор телефона подошел к концу.

Как продлить срок службы аккумулятора телефона

Если вам интересно: «Почему мой телефон умирает так быстро?» это руководство для вас.Вот как можно сохранить заряд и оптимизировать Android, чтобы он работал дольше в течение дня. Каждое решение было протестировано на телефоне Samsung® под управлением Android 11. Действия могут незначительно отличаться для других устройств Android.

Телефон сломан? Мы прямо за углом.

Направляйтесь к ближайшему магазину uBreakiFix от Asurion, где можно быстро и по доступной цене отремонтировать.

Найдите магазин

1. Ограничьте количество push-уведомлений

Уведомления — от последних новостей до обновлений о доставке еды — помогут вам оставаться на связи и быть в курсе событий.Но если активно слишком много предупреждений, они могут разрядить аккумулятор Android. Чтобы отключить push-уведомления из приложения:

1. Перейдите в Настройки > Уведомления (или Приложения и уведомления). Появится список приложений.
2. Нажмите Просмотреть все (или Более ), чтобы просмотреть все установленные на вашем телефоне приложения.
3. Выберите приложение, для которого вы хотите ограничить количество уведомлений.
4. Выключите переключатель рядом с названием приложения.Вы также можете щелкнуть по большинству приложений по отдельности, чтобы настроить параметры уведомлений (например, вы можете разрешить Instagram® отправлять вам уведомления о новых комментариях, но отключить их для новых подписчиков).

2. Настройте параметры служб определения местоположения.

Приложения, такие как Waze ™ и Google Maps ™, помогут вам обойтись без использования службы определения местоположения вашего телефона. Но если эти приложения работают за кулисами, а вы не путешествуете, службы определения местоположения могут разрядить вашу батарею. Чтобы отрегулировать это:

1. Перейдите к настройкам > Местоположение .
2. Отключите службы определения местоположения, выключив переключатель в верхней части экрана. Вы также можете нажать Разрешения приложений , чтобы увидеть, какие приложения используют службы определения местоположения, и отключить каждое приложение по отдельности. Для других устройств Android нажмите Приложения и уведомления > Дополнительно > Диспетчер разрешений > Местоположение , чтобы изменить этот параметр.

3. Снижение фоновой активности

Приложения, такие как Facebook® и Instagram, могут по-прежнему работать в фоновом режиме, проверяя обновления, обновляя контент и отправляя push-уведомления, даже после того, как вы их закрыли, что может разрядить аккумулятор вашего телефона.Вот как использовать функцию оптимизации заряда аккумулятора телефона для снижения фоновой активности:

1. Зайдите в «Настройки».
2. Tap Уход за аккумулятором и устройством (или Battery ).
3. Нажмите кнопку Оптимизировать сейчас . На некоторых устройствах Android рядом с приложениями, которые расходуют слишком много заряда батареи, появится список приложений с предупреждающим сообщением. Коснитесь каждого сообщения, затем выберите Ограничить.

4. Отрегулируйте яркость экрана

Затем попробуйте уменьшить яркость экрана, чтобы сэкономить энергию и предотвратить быстрый разряд аккумулятора.Это также помогает предотвратить выгорание экрана, которое может привести к необратимым повреждениям. Чтобы настроить яркость экрана:

1. Зайдите в «Настройки».
2. Нажмите Display (или Display > Уровень яркости ).
3. Отрегулируйте ползунок «Яркость» до удобного для вас уровня.

Вы также можете попробовать включить темный режим (или темную тему), в котором используется темный фон для экономии пикселей и времени автономной работы, или адаптивную яркость, которая автоматически настраивает экран на световую экспозицию.

5. Настройте параметры тайм-аута экрана

Еще один параметр, который стоит отрегулировать, — это тайм-аут экрана, который определяет, сколько времени проходит до перехода экрана в спящий режим. Поскольку ваш телефон использует энергию, чтобы оставаться включенным, рекомендуется использовать более короткие интервалы между циклами сна, чтобы продлить срок службы батареи. Чтобы настроить параметры тайм-аута экрана:

1. Перейдите в Настройки .
2. Коснитесь Дисплей> Тайм-аут экрана (или Дисплей > Расширенный > Тайм-аут экрана ).
3. Появится список временных интервалов. Мы рекомендуем установить временной интервал от 30 секунд до одной минуты.

6. Проверьте наличие обновлений операционной системы

Использование устаревшей версии операционной системы также может разрядить аккумулятор телефона. Регулярное обновление операционной системы не только повышает эффективность, но и устанавливает обновления безопасности. Чтобы узнать, установлена ​​ли у вас последняя версия:

1. Нажмите Настройки > Обновление программного обеспечения> Проверить наличие обновлений (на некоторых устройствах Android это будет отображаться как Настройки > Система > Дополнительно> Обновление системы> Проверить для обновления ).
2. Метчик OK .
3. Если ваша операционная система обновлена, отобразится «Текущее программное обеспечение обновлено». Если доступно новое обновление, следуйте инструкциям по его загрузке.

7. Защитите свой телефон от экстремальных температур

В пути или дома не оставляйте телефон в очень жарких или холодных условиях. Нахождение в экстремальных температурах может не только разрядить аккумулятор телефона, но и привести к его перегреву и взрыву, что поставит под угрозу вашу безопасность.Старайтесь хранить телефон при температуре от 68 ° до 86 ° по Фаренгейту.

8. Убедитесь, что у вашего телефона есть служба.

Хотя это может показаться несложным, дважды проверьте, есть ли у вашего телефона служба. Если ваш Android постоянно ищет сигнал, он может быстро разрядить аккумулятор. Если у вас нет обслуживания и вы не знаете, почему, следуйте этому руководству, чтобы узнать, как устранить неполадки.

9. Включите режим энергосбережения.

Если вы находитесь в затруднительном положении и ваш телефон находится на последнем месте, самое быстрое решение — включить режим энергосбережения.Хотя это снизит производительность, вы выиграете некоторое время до следующей зарядки телефона. Чтобы включить режим экономии заряда батареи:

1. Нажмите Настройки > Уход за батареей и устройством > Батарея (или настройки > Батарея > Экономия батареи ).
2. Включить Режим энергосбережения (или Включить сейчас ).

10. Проверьте, не подошел ли аккумулятор к концу своего жизненного цикла.

Если ни один из вышеперечисленных шагов не помог, возможно, батарея вашего телефона Android разряжается.

Попробовали все эти советы, но все еще сталкиваетесь с быстро разряжающейся батареей? Зайдите в ближайший к вам магазин uBreakiFix by Asurion, чтобы получить бесплатную диагностику или помощь технического эксперта.

Защитите свой телефон

За более чем 25 лет Asurion помог 300 миллионам клиентов защищайте, подключайтесь и наслаждайтесь технологиями, которые им нравятся больше всего. И смартфоны без исключения. Ваша жизнь на вашем устройстве, убедитесь, что оно защищено. Узнайте больше о планах страхования телефонов Asurion сегодня.

* Торговые марки и логотипы Asurion® являются собственностью Asurion, LLC.Все права защищены. Все остальные товарные знаки являются собственностью соответствующих владельцев. Asurion не является аффилированным лицом, не спонсируется или не одобряется каким-либо из соответствующих владельцев других товарных знаков, указанных здесь. *

Быстрая зарядка и разрядка не повреждают электроды литий-ионной батареи в такой степени, как предполагалось

Подробный обзор того, как крошечные частицы в электроде литиево-ионной батареи показывают, что быстрая зарядка батареи и ее использование для выполнения мощной, быстро разряжающейся работы может быть не так опасно, как думали исследователи, и что преимущества медленного разряда и зарядки могли быть завышена.

Результаты опровергают преобладающее мнение о том, что «перезарядка» аккумуляторов всегда сложнее для электродов аккумуляторов, чем зарядка с более медленной скоростью, согласно исследователям из Stanford Engineering и Стэнфордского института материаловедения и энергетики (SIMES) в Национальном ускорителе SLAC Министерства энергетики. Лаборатория.

Они также предполагают, что ученые смогут модифицировать электроды или изменить способ зарядки батарей, чтобы обеспечить более равномерную зарядку и разрядку и продлить срок службы батарей.

«Мелкие детали того, что происходит с электродом во время зарядки и разрядки, — это лишь один из многих факторов, определяющих срок службы батареи, но до этого исследования он не понимался должным образом», — сказал Уильям Чуэ из SIMES, доцент. в Стэнфордском факультете материаловедения и инженерии и старшим автором исследования. «Мы нашли новый способ думать о деградации батареи».

Результаты, по его словам, могут быть непосредственно применены ко многим оксидным и графитовым электродам, используемым в современных литий-ионных батареях, а также примерно в половине из них, находящихся в стадии разработки.

Его команда описала исследование 14 сентября 2014 г. в Nature Materials . В команду вошли сотрудники из Массачусетского технологического института, Сандийской национальной лаборатории, Американского технологического института Samsung и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.

Наблюдение за ионами в срезах батареи

Одним из важных источников износа аккумулятора является набухание и усадка отрицательного и положительного электродов, поскольку они поглощают и высвобождают ионы из электролита во время зарядки и разрядки.

Для этого исследования ученые рассмотрели положительный электрод, состоящий из миллиардов наночастиц фосфата лития-железа. Если большинство или все эти частицы активно участвуют в зарядке и разряде, они будут поглощать и высвобождать ионы более мягко и равномерно. Но если только небольшой процент частиц поглощает все ионы, они с большей вероятностью треснут и разрушатся, что снизит производительность батареи.

Предыдущие исследования дали противоречивые взгляды на то, как ведут себя наночастицы.Для дальнейшего исследования исследователи создали небольшие батарейки типа «таблетка», заряжали их разными уровнями тока в течение различных периодов времени, быстро разбирали их и промывали компоненты, чтобы остановить процесс заряда / разряда. Затем они разрезали электрод на очень тонкие срезы и отнесли их в лабораторию Беркли для исследования с помощью интенсивного рентгеновского излучения от синхротрона с усовершенствованным источником света, пользовательского объекта Управления науки Министерства энергетики США.

Новые идеи о более быстрой разрядке

«Мы смогли одновременно посмотреть на тысячи электродных наночастиц и сделать их снимки на разных этапах зарядки и разрядки», — сказал аспирант Стэнфорда Иян Ли, ведущий автор отчета.«Это исследование является первым, в котором это всесторонне проводится при различных условиях зарядки и разрядки».

Анализируя данные с помощью сложной модели, разработанной в Массачусетском технологическом институте, исследователи обнаружили, что лишь небольшой процент наночастиц поглощает и высвобождает ионы во время зарядки, даже если это происходит очень быстро. Но когда батареи разряжаются, произошла интересная вещь: по мере того, как скорость разряда превышала определенный порог, все больше и больше частиц начинали одновременно поглощать ионы, переходя в более однородный и менее опасный режим.Это говорит о том, что ученые могут настроить материал электрода или процесс, чтобы повысить скорость зарядки и разрядки при сохранении длительного срока службы батареи.

Следующим шагом, по словам Ли, является выполнение электродов батареи от сотен до тысяч циклов для имитации реальных характеристик. Ученые также надеются сделать снимки аккумулятора во время его зарядки и разрядки, вместо того, чтобы останавливать процесс и разбирать его. Это должно дать более реалистичное представление и может быть выполнено на синхротронах, таких как ALS или Стэнфордский источник синхротронного излучения SLAC, также являющийся объектом пользователя Управления науки Министерства энергетики США.Ли сказал, что группа также работает с промышленностью, чтобы определить, как эти результаты могут быть применены в секторах транспорта и бытовой электроники.

Два моделирования показывают разницу между разрядкой батареи медленнее, в течение полного часа, и более быстрой, всего за шесть минут (десятые доли часа). В обоих случаях частицы батареи меняют свой цвет от полностью заряженного (зеленый) до полностью разряженного (красный), но есть существенные различия в схемах разряда в зависимости от скорости.

Уильям Чуэ, профессор материаловедения и инженерии

Финансирование исследований поступило от Глобальной программы исследований передового технологического института Samsung; Школа инженерии и Институт энергетики Прекурта в Стэнфорде; Программа Samsung-MIT по проектированию материалов в энергетике; Министерство энергетики США; и Национальный научный фонд.

SLAC — это многопрограммная лаборатория, изучающая передовые вопросы фотонной науки, астрофизики, физики элементарных частиц и исследований ускорителей.SLAC, расположенный в Менло-Парке, Калифорния, управляется Стэнфордским университетом при Управлении науки Министерства энергетики США.

Стэнфордский институт материаловедения и энергетики (SIMES) является совместным институтом Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Стэнфордского университета. SIMES изучает природу, свойства и синтез сложных и новых материалов в попытке создать экологически чистые технологии возобновляемой энергии. Для получения дополнительной информации посетите simes.slac.stanford.edu.

SLAC Национальная ускорительная лаборатория при поддержке Управления науки Министерства энергетики США. Управление науки является крупнейшим спонсором фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из самых насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите сайт science.energy.gov.

Доминирование человека в биосфере: быстрая разрядка батареи Земля-космос предсказывает будущее человечества

Аннотация

Земля представляет собой химическую батарею, в которой в течение эволюционного времени за счет тонкой струйки фотосинтеза с использованием солнечной энергии миллиарды тонн энергии живая биомасса хранилась в лесах и других экосистемах, а также в огромных запасах ископаемого топлива.Всего за последние несколько сотен лет люди извлекли пригодную для использования энергию из этой живой и ископаемой биомассы для построения современной индустриально-технологической-информационной экономики, увеличения нашего населения до более чем 7 миллиардов и преобразования биогеохимических циклов и биоразнообразия Земля. Это быстрое истощение запасов органической энергии на Земле способствует господству человека в биосфере, включая преобразование естественной среды обитания в сельскохозяйственные поля и, как следствие, потерю местных видов, выбросы углекислого газа и, как следствие, изменение климата и уровня моря, а также использование природных ресурсов. дополнительные источники ядерной, гидро-, ветровой и солнечной энергии.Законы термодинамики, управляющие непрерывным зарядом и быстрой разрядкой земной батареи, универсальны и абсолютны; Земля лишь временно находится на значительном расстоянии от термодинамического равновесия космического пространства. Хотя это расстояние от равновесия состоит из всех типов энергии, наиболее важным для человека является запас живой биомассы. С быстрым истощением этой химической энергии Земля возвращается к негостеприимному равновесию космического пространства с фундаментальными последствиями для биосферы и человечества.Поскольку для живой биомассы не существует замещающей или замещающей энергии, оставшееся расстояние от равновесия, которое потребуется для поддержания жизни человека, неизвестно.

Как изображено на рис. 1, Земля — ​​это батарея накопленной химической энергии, где планета — катод (накопленная органическая химическая энергия), а космос — анод (равновесие). Мы называем это земно-космической батареей. Фотосинтетическим растениям потребовались сотни миллионов лет, чтобы подзарядить аккумулятор, постепенно преобразовывая рассеянную низкокачественную солнечную энергию в высококачественную химическую энергию, временно хранящуюся в форме живой биомассы, а в более долгосрочной перспективе — в форме ископаемого топлива: нефти , газ и уголь.Всего за последние несколько столетий — мгновение эволюции — использование энергии человека для подпитки подъема цивилизации, и современное индустриально-технологическое-информационное общество разрядило земно-космическую батарею, вызвав поток между терминалами, что снизило качество энергия биомассы для преобразования Земли на благо человека и излучения получаемой в результате некачественной тепловой энергии в дальний космос.

Рис. 1.

Батарея Земля-космос. Планета представляет собой положительный заряд накопленной органической химической энергии (катода) в виде биомассы и ископаемого топлива.Поскольку эта энергия рассеивается людьми, она в конечном итоге излучается в виде тепла в направлении химического равновесия глубокого космоса (анода). Батарея быстро разряжается без дозаправки.

Законы термодинамики диктуют, что разница в скорости и масштабе времени между медленным капельным зарядом и быстрым истощением недопустима. Текущий массивный разряд быстро выталкивает Землю из биосферы, изобилующей жизнью и поддерживающей высокоразвитую человеческую цивилизацию, к бесплодному лунному ландшафту.Рассмотрим в качестве примера, что энергетическое состояние земли сродни энергетическому состоянию дома, питающегося от однократно заряженной батареи, обеспечивающей всю энергию для освещения, отопления, охлаждения, приготовления пищи, электроприборов и электронной связи; по мере разряда батареи эти услуги становятся недоступными, и вскоре дом становится непригодным для проживания.

Энергия в физике и биологии

Законы термодинамики неопровержимы; они имеют неизбежные последствия для будущего биосферы и человечества.Мы начинаем с объяснения термодинамических концепций, необходимых для понимания энергетики биосферы и людей в системе Земля-космос. Законы термодинамики и многих видов энергии могут быть трудными для неспециалистов. Однако земные потоки и запасы энергии можно объяснить в простых терминах, чтобы понять, почему биосфера и человеческая цивилизация находятся в энергетическом дисбалансе. Эти физические законы универсальны и абсолютны, они применимы ко всем видам деятельности человека и являются универсальным ключом к устойчивости.

Энергия — это то, насколько свойство (например, температура, химический состав, давление, скорость) находится от равновесия. Это расстояние или градиент можно использовать для выполнения работы, приближая свойство к равновесию. Таким образом, в то время как способность выполнять работу часто используется как простейшее определение энергии, в конечном итоге для этой способности требуется выходящая из равновесия система, градиент, который можно собирать. Например, Земля не находится в химическом равновесии по отношению к ближайшему космосу; по мере того как мы сжигаем окаменелую химическую энергию для получения работы, Земля теряет выделяемое тепло и приближается к равновесию.Точно так же, когда мы сжигаем живую биомассу быстрее, чем Земля может ее восполнить, Земля снова приближается к равновесию. Первый закон термодинамики гарантирует, что, хотя энергия преобразуется между солнечной, химической, работой и теплом в этих транзакциях, она не создается и не разрушается; он меняет формы, но общее количество сохраняется. Второй закон термодинамики гарантирует, что по мере изменения формы энергии вся эта энергия в конечном итоге превращается в низкокачественную тепловую энергию и теряется с планеты.Эти физические законы не только позволили эволюции жизни, они также позволили развитие человеческой цивилизации. Живые существа используют фотосинтез для преобразования рассеянного, но надежного солнечного света в богатые энергией органические соединения, и они используют дыхание для разложения этих соединений, высвобождения накопленной энергии и выполнения биологической работы живых существ (1, 2). Для человека это означает потребление пищи и дыхание для поддержания биологического метаболизма. Однако люди также используют технологические инновации для сжигания органических химикатов и используют эту экстраметаболическую энергию для выполнения дополнительной работы по подпитке сложной социально-экономической деятельности.

За тысячелетия эволюции, по мере развития живых существ, они постепенно превратили Землю из бесплодной планеты в биосферу, полную жизни. До зарождения жизни не было значительных запасов органической химической энергии, и поверхность планеты находилась недалеко от химического равновесия прилегающего космического пространства. Затем, по мере развития и разнообразия живых существ, они разработали новые биохимические пути преобразования солнечной энергии в биомассу. Первым фотосинтетическим и хемосинтетическим прокариотам потребовалось порядка 1 миллиарда лет, чтобы использовать небольшие доступные градиенты энергии и синтезировать достаточно биомассы, чтобы начать заряжать химическую батарею Земли и космоса.Древние одноклеточные организмы создали скромный градиент химической энергии, который сохранялся миллиарды лет. Затем, начиная примерно с 600 млн лет назад, с кембрийским взрывом разнообразия крупных многоклеточных организмов и последующей колонизацией земли растениями, биосфера приобрела большой запас живой биомассы, в основном в виде лесов (3). В каменноугольный, пермский и юрский периоды (350–150 млн лет назад) останки мертвых растений и животных сохранялись в земной коре для создания запасов угля, нефти и газа.С тех пор Земля в основном находится в энергетическом квазиравновесии, постоянно нарушается ударами астероидов, тектонической активностью, оледенением и климатическими колебаниями, незначительно увеличивая или уменьшая запасы ископаемого топлива, но всегда возвращаясь к приблизительному балансу между солнечное поступление и потеря тепла, фотосинтез и гетеротрофный метаболизм.

Все изменилось, когда появились анатомически современные люди, которые вышли из Африки и колонизировали всю Землю. Важнейшей вехой стало развитие и распространение сельского хозяйства, которое началось около 12000 лет назад.До этого общества охотников-собирателей находились в приблизительном равновесии, полагаясь на фотосинтетическую энергию для обеспечения растительной и животной пищи и топлива для приготовления пищи и обогрева и практически не меняя поверхность Земли. С появлением сельского хозяйства люди начали систематически собирать накопленный градиент биомассы и увеличивать выброс химической энергии. Первоначально человеческий и животный труд, а также костры из дров и навоза использовались для изготовления инструментов, расчистки земли, обработки полей и сбора урожая.Однако все более изобретательные общества разрабатывали новые технологии, основанные на использовании новых источников энергии. Наиболее важно то, что промышленная революция использовала ветряные и водяные мельницы для работы и сжигала сначала древесину, затем древесный уголь и, наконец, ископаемое топливо для добычи и плавки металлических руд, а также для производства инструментов и машин. Эти разработки привели к постоянно растущему человеческому населению со все более сложной экономикой и социальными системами, подпитываемым постоянно увеличивающейся скоростью разряда химической энергии.

Парадигма батареи Земля-Космос

По определению, количество химической энергии, сконцентрированной в углеродных запасах планеты Земля (положительный катод), представляет собой расстояние от жесткого термодинамического равновесия близлежащего космического пространства (отрицательный анод).Этот градиент энергии поддерживает биосферу и человеческую жизнь. Его можно смоделировать как однократно заряженный аккумулятор. Эта химическая батарея земля-космос (рис. 1) очень медленно заряжалась за 4,5 миллиарда лет солнечного притока и накопления живой биомассы и ископаемого топлива. Сейчас он быстро разряжается из-за деятельности человека. Когда мы сжигаем органическую химическую энергию, мы создаем работу для роста нашего населения и экономики. При этом высококачественная химическая энергия превращается в тепло и теряется с планеты из-за радиации в космическое пространство.Поток энергии от катода к аноду быстро и безвозвратно приближает планету к стерильному химическому равновесию в космосе.

На рис. 2 показаны первичные хранилища высококачественной химической и ядерной энергии Земли как их соответствующие расстояния от равновесия космического пространства. Мы следим за энергетической отраслью, сосредотачиваясь на пулах более высокого качества и используя «возобновляемую энергию» в качестве ориентира, потому что многие месторождения ископаемого топлива и ядерных руд рассредоточены или недоступны и в настоящее время не могут быть добыты для получения чистой энергии и экономической выгоды. прибыль (4).Очень большие запасы органической энергии низкого качества, включая соединения углерода в почвах и океанических отложениях (5, 6), не показаны, но в настоящее время они экономически не извлекаются и не используются, поэтому они обычно не включаются ни в категории извлекаемых, ни в неизвлекаемые. Хотя градиенты энергии, связанные с геотермальным охлаждением, температурными градиентами океана, температурой парникового воздуха и т. Д., Вносят свой вклад в термодинамическое расстояние Земли от равновесия пространства, они также не включены, поскольку они не являются химическими энергиями и, предположительно, все еще будут существовать в некоторой форме. на планете, лишенной живых существ, включая людей.На рис. 2 показано, что люди в настоящее время сбрасывают все извлекаемые запасы органической химической энергии на анод батареи Земля-космос в виде тепла.

Рис. 2.

Хранилище химической и ядерной энергии Земли (расстояние от равновесия) (10, 11, 38, 39). При необходимости биомасса преобразуется в энергию, исходя из предположения, что 1 т углерода ∼35 × 10 ⁹ джоулей. ZJ = дзета-джоули = джоули × 10 ²¹ .

Батарея Земля-космос, созданная организмом, состоит из двух видов органических химических соединений.Первые — это ископаемое топливо. Эти ископаемые виды топлива в основном представляют собой углеводороды, содержащие в основном углерод и водород, почти не содержащие кислорода и часто небольшие, но значительные количества других элементов, таких как сера, ванадий, железо, цинк и ртуть, которые могут быть токсичными при попадании в окружающую среду и поглощаются людьми и другими организмами. Запасы ископаемого топлива, большая часть которых откладывалась сотни миллионов лет назад, конечны и быстро истощаются. Нефть, газ и уголь, на которые приходится более 85% текущего глобального потребления энергии людьми, сжигаются для производства товаров и услуг для нашей индустриально-технологической и информационной экономики.Несмотря на некоторые превосходные отрезвляющие анализы настоящего использования и будущих перспектив ископаемого топлива (4, 7, 8), величина оставшихся экономически извлекаемых запасов углеводородной энергии является предметом многочисленных споров. На рис. 2 мы подтверждаем неопределенность, присвоив консервативное значение <40 дзета-джоулей (ZJ).

Критическое значение живой биомассы

Здесь мы сосредоточимся на втором типе химикатов, составляющих батарею Земля-космос, — органических соединениях в живой биомассе.Наша работа предполагает, что два наименьших значения, 19 и 2 ZJ, на гистограмме на рис. 2, являются наиболее важными. 19 ZJ представляют собой текущую потенциальную химическую энергию, хранящуюся в форме живой биомассы, большая часть которой находится в виде фитомассы в наземных растениях и большей части в лесах. Эти химические вещества представляют собой углеводы, липиды, белки, целлюлозу, лигнины и другие вещества, из которых состоят тела живых организмов. В отличие от ископаемого топлива, величина этого градиента накопления энергии (т. Е. Его расстояние от равновесия) поддерживается постоянным потоком солнечной энергии (9).2 ZJ — это поток энергии из-за чистого годового первичного производства (NPP) планеты, который представляет собой количество энергии, ежегодно преобразуемой из солнечной энергии в биомассу в процессе фотосинтеза. Глобальная АЭС — это годовой бюджет возобновляемой энергии Земли, в рамках которого функционируют все живые существа и в рамках которого раньше работали наши предки-охотники-собиратели. Таким образом, вклад фотосинтеза в 2 здж / год поддерживает постоянный запас сохраненной биомассы в размере 19 здж / год.

Эта сохраненная биомасса важна для современного человека, потому что ее химическая энергия поддерживает обитаемую биосферу вдали от химического равновесия космоса.АЭС и хранимая живая биомасса биосферы поддерживают биоразнообразие и регулируют климат и биогеохимический цикл. Метаболическая энергия, которая питает наши тела и поддерживает наше население, происходит от АЭС, потому что вся наша пища — это живая биомасса, производимая растениями и животными в различных экосистемах Земли: сельскохозяйственных полях, пастбищах, океанах и пресных водах. Кроме того, биомасса необходима людям для доступа ко всем другим формам энергии, включая ветровую, гидроэнергетическую, ископаемую, ядерную и т. Д.

Живая биомасса быстро истощается

Во времена Римской Империи и Рождества Христова Земля содержала около 1000 миллиардов тонн углерода в живой биомассе (10), что эквивалентно 35 ЗДж химической энергии, в основном в форме деревьев в лесах. Всего за последние 2000 лет люди сократили это количество примерно на 45% до ∼550 миллиардов тонн углерода в биомассе, что эквивалентно 19,2 ZJ. Потери увеличивались с течением времени, и только с 1900 г. они истощились на 11% (рис. 3) (11, 12). В последние годы в среднем мы собираем и выделяем в виде тепла и углекислого газа оставшиеся 550 миллиардов тонн углерода в живой биомассе с чистым расходом ∼1.5 млрд т углерода в год (13, 14). Причина и измерение истощения биомассы — сложные вопросы, и цифры почти постоянно пересматриваются (14). Истощение запасов связано в первую очередь с изменениями в землепользовании, включая обезлесение, опустынивание и преобразование растительных ландшафтов в бесплодные поверхности, но также во вторую очередь с другими причинами, такими как загрязнение и неустойчивое лесное хозяйство и рыболовство. Хотя приведенные выше количественные оценки имеют значительную неопределенность, общая тенденция и масштабы являются неизбежными фактами с ужасными термодинамическими последствиями.

Рис. 3.

Мировые магазины фитомассы. Рассчитано по таблице 2 Smil (11), предполагая, что 1 т углерода ∼35 × 10 ⁹ джоулей. ZJ = дзета-джоули = джоули × 10 ²¹ .

Доминирующая роль человека

Homo sapiens — уникальный вид.

История человечества — начиная с охотников-собирателей, которые научились получать полезную тепловую энергию путем сжигания древесины и навоза, и заканчивая современными людьми, которые применяют новейшие технологии, такие как гидроразрыв, солнечные батареи и ветряные турбины, — это одна из инноваций, позволяющих использовать все экономически выгодные источники энергии постоянно растущими темпами (12, 15).В совокупности биологический императив мальтузианско-дарвиновской динамики использовать все доступные ресурсы и социальный императив для инноваций и повышения благосостояния людей привели как минимум к 10 000 летнему практически непрерывному росту населения и экономическому росту: от нескольких миллионов охотников-собирателей к большему количеству людей. более 7 миллиардов современных людей и от натурального хозяйства, основанного на устойчивом использовании растений и животных (т. е. в равновесии с производством фотосинтетической энергии), до современной индустриально-технологической-информационной экономики (т.например, из равновесия из-за неустойчивого однонаправленного разряда батареи биомассы).

На рис. 4 изображен эффект умножения двух больших чисел, которые определяют скорость быстрой разрядки батареи Земля-космос. Использование энергии на человека, умноженное на численность населения, дает общее глобальное потребление энергии людьми. Согласно цифрам British Petroleum (16), которые согласны с большинством экспертов, в 2013 году среднее потребление энергии на душу населения составляло 74,6 × 10 ⁹ Дж / человека в год (что эквивалентно ∼2,370 Вт, если выделено зеленым цветом на рис.4). Умножение этого на численность мирового населения в 7,1 миллиарда человек в 2013 году дает общее потребление ∼0,53 ЗДж / год (что эквивалентно 16,8 ТВт, если обозначено красным цветом на рис. 4), что составляет более 1% от общей запасенной энергии извлекаемого ископаемого топлива. на планете (т.е. 0,53 ZJ / 40 ZJ = 1,3%). По прошествии времени население увеличивается, а экономика растет, результатом умножения этих двух очень больших чисел является то, что общие темпы глобального потребления энергии растут почти экспоненциально.

Рис.4.

История глобального роста энергопотребления на душу населения, численности населения и общего энергопотребления. Воспроизведено из исх. 30, с разрешения Macmillan Publishers Ltd, Nature .

Чтобы представить эти цифры в перспективе, рассмотрим точку отсчета. Отдельному человеку требуется в среднем 8,4 МДж / день (2000 ккал / день) в виде пищи для поддержания биологической скорости метаболизма около 100 Вт. Чтобы подпитывать свою разнообразную деятельность, современные люди дополняют биологический метаболизм экстраметаболической энергией, полученной из других источников. , в основном ископаемое топливо.Следовательно, указанное выше текущее потребление на душу населения в 2370 Вт для среднего человека примерно в 24 раза больше, чем у предков-охотников-собирателей. Кроме того, это среднее значение не указывает на широкий разброс энергопотребления на душу населения в зависимости от социально-экономических условий, который колеблется от лишь немного выше, чем уровень биологического метаболизма в беднейших развивающихся странах, до более 11000 Вт в наиболее развитых странах. их энергоемкая индустриально-технологическая и информационная экономика (8, 17).По сравнению с метаболическими потребностями человечества и оставшимися запасами химикатов в батарее Земля-космос (расстояние до термодинамического равновесия) скорость чистого разряда очень велика и, очевидно, неприемлема.

Земля находится в серьезном энергетическом дисбалансе из-за использования энергии человеком. Этот дисбаланс определяет наш самый главный конфликт с природой. Это действительно конфликт в том смысле, что нынешний энергетический дисбаланс, беспрецедентный в истории Земли кризис, является прямым следствием технологических инноваций.Вредные эффекты разряда органической химической энергии, хранящейся в батарее, выходят далеко за рамки истощения запасенной живой фитомассы и энергии ископаемого топлива. Рассмотрим минералы. Энергетически подавленные люди обнаружили и добыли большинство богатейших месторождений меди, железа, цинка, золота и серебра, использовали эти металлы для поддержки промышленной экономики и рассеяли неиспользованные «отходы» на свалки и в неизвлекаемые резервуары. Считайте азот и фосфор важнейшими ингредиентами удобрений, поскольку они необходимы для роста растений.Глобальные запасы нитратов и фосфатов резко истощены. Азотные удобрения можно синтезировать из атмосферного азота, но этот химический процесс требует больших затрат экзогенной энергии, обычно в виде ископаемого топлива (18). Что еще более угрожающе, нет замены или механизма для искусственного синтеза фосфора. Рассмотрим воду. Закладывая плотины на реках и ручьях и выкапывая колодцы в подземных водоносных горизонтах, люди в настоящее время используют более 56% всей доступной пресной воды.Большая часть этой воды используется для орошения сельскохозяйственных культур, поэтому на деятельность человека приходится около 26% воды, теряемой в результате эвапотранспирации из наземных экосистем (19, 20). Учитывайте воздействие на глобальные экосистемы (21) и биоразнообразие (22). Для производства продуктов животного и растительного происхождения для потребления людьми и для размещения нашего растущего населения мы преобразовали экосистемы и ландшафты примерно на 83% свободной ото льда территории Земли. Мы заменили леса и другие естественные экосистемы сельскохозяйственными культурами, пастбищами, лесными насаждениями, зданиями и тротуарами, упредив около 40% наземных АЭС и сократив запас живой биомассы на планете примерно на 45%.Дополнительные антропогенные изменения существенно сократили запасы океанического рыболовства, изменили глобальные биогеохимические циклы и климат и вызвали вымирание видов в 100–1000 раз по сравнению со средними темпами вымирания до человека. Наконец, примите во внимание, что 15–30% текущего глобального потребления энергии используется просто для обеспечения продуктами питания 7,2 миллиарда человек (23, 24). Большая часть этой энергии поступает из ископаемого топлива и используется для дополнительных затрат воды, удобрений, пестицидов и машинного труда, которые позволяют современному сельскому хозяйству достигать высоких урожаев (25–27).Следовательно, человеческое население поддерживается НПП сельского хозяйства, но способность этого сельского хозяйства прокормить глобальное население требует массивного разряда батареи земля-космос.

Однонаправленное рассеяние живой биомассы и энергии ископаемого топлива из батареи обеспечило нашему виду беспрецедентно мощное господство над биогеохимическими циклами и другими организмами планеты. Другие зарегистрировали эти изменения и их последствия (18⇓⇓⇓ – 22, 28⇓ – 30), но их предупреждения не смогли вызвать достаточную общественную озабоченность и мотивировать значимую реакцию.По иронии судьбы мощные политические и рыночные силы, вместо того, чтобы действовать для сохранения оставшегося заряда в батарее, на самом деле толкают в противоположном направлении, потому что повсеместные усилия по ускорению экономического роста потребуют увеличения потребления энергии (4, 8). Большая часть приведенной выше информации была представлена ​​в другом месте, но в разных формах (например, в цитированных ссылках). Наш синтез отличается от большинства этих методов в двух отношениях: ( i ) он вводит парадигму батареи Земля-космос, чтобы обеспечить новую перспективу, и ( ii ) он подчеркивает критическую важность живой биомассы для глобальной устойчивости. как биосферы, так и человеческой цивилизации.

Человек и фитомасса

Мы можем быть более количественными и поместить это в контекст, введя новую метрику устойчивости ΩΩ = PBN [1]

, которая целенаправленно объединяет, возможно, две критические переменные, влияющие на энергетический статус планеты: общую фитомассу и человеческое население. Уравнение 1 выполняет эту комбинацию путем деления накопленной химической энергии фитомассы P (в джоулях) на энергию, необходимую для того, чтобы прокормить население планеты в течение 1 года (джоулей в год; рис.5). Знаменатель представляет собой основную (метаболическую) потребность населения в энергии; он получается путем умножения численности мирового населения N на их метаболические потребности на душу населения в течение 1 года ( B = 3,06 × 10 ⁹ джоулей на человека в год, рассчитанное из 8,4 × 10 ⁶ джоулей на человека. Дневная диета). Простое выражение для Ω дает количество лет при текущих темпах потребления, которое глобальное хранилище фитомассы могло бы прокормить человечество. Сделав консервативное, но совершенно нереалистичное предположение, что вся фитомасса может быть собрана для кормления людей (т.е., все это съедобно), мы получаем абсолютную максимальную оценку количества лет, в течение которых человечество оставалось продовольствием. Рис. 5 показывает, что за годы 0–2000 Ω предсказуемо и резко уменьшилось с 67000 до 1029 лет (например, в 2000 году P = 19,3 × 10 ²¹ джоулей, B = 3,06 × 10 ⁹ джоулей на человека · в год, и N = 6,13 × 10 ⁹ человека; таким образом, Ω = 1,029 лет). Всего за 2000 лет наш единственный вид уменьшил Ω на 98.5%.

Рис. 5.

Количество лет, в течение которых пища из фитомассы потенциально может прокормить человечество в мире. Рассчитано из общей запасенной энергии фитомассы планеты, деленной на метаболическую энергию, необходимую для того, чтобы накормить население планеты в течение 1 года (т. Е. Джоули / джоули в год = годы), при условии, что дневной рацион на душу населения в течение всего года составляет 8,4 МДж. Быстро убывающая линия тренда указывает на растущее доминирование человечества над фитомассой. По причинам, указанным в тексте, эти значения очень консервативны.Остается небольшая маржа, чтобы безопасно продолжить текущую тенденцию.

Вышеуказанная оценка сильно занижена по четырем причинам. Во-первых, очевидно, что мы не можем использовать все запасы фитомассы в пищу; преобладание фитомассы управляет биосферой. Во-вторых, наша оценка, основанная на биологическом метаболизме человека, не учитывает тот высокий уровень экстраметаболических затрат энергии, который в настоящее время используется для того, чтобы накормить население и поддержать экономику. В-третьих, вышеприведенная оценка не учитывает, что как численность населения мира, так и уровень потребления энергии на душу населения не являются постоянными, а растут почти экспоненциально.Мы не пытаемся экстраполировать, чтобы предсказать будущие траектории, которые в конечном итоге должны повернуть вниз по мере истощения основных запасов энергии. Наконец, мы подчеркиваем, что не только глобальный запас энергии фитомассы быстро уменьшился, но, что более важно, доминирование человека над оставшейся частью также быстро увеличилось. Задолго до гипотетического крайнего срока, когда глобальные запасы фитомассы будут полностью исчерпаны, энергетика биосферы и всех ее обитателей резко изменится с глубокими изменениями в биогеохимической функции и сохранении биоразнообразия.Очень консервативный индекс Ω показывает, насколько быстро изменения в землепользовании, присвоение АЭС, загрязнение и другие виды деятельности истощают запасы фитомассы, подпитывая текущие почти экспоненциальные траектории населения и экономического роста. Поскольку индекс Ω является консервативным, он также подчеркивает, как мало времени осталось на внесение изменений и достижение устойчивого будущего для биосферы и человечества. Мы уже прочно находимся в зоне научной неопределенности, где некоторые возмущения могут вызвать катастрофический сдвиг состояния в биосфере, а также в человеческой популяции и экономике (31).Поскольку мы быстро приближаемся к химическому равновесию космического пространства, законы термодинамики оставляют мало места для переговоров.

Обсуждение

Траектория Ω, показанная на рис. 5, имеет по крайней мере три значения для будущего человечества. Во-первых, нет оснований ожидать иной траектории в ближайшем будущем. Что-то вроде нынешнего уровня разрушения энергии биомассы потребуется для поддержания нынешнего населения мира с его субсидируемым ископаемым топливом производством продуктов питания и экономикой.Во-вторых, поскольку батарея Земля-космос разряжается все быстрее (рис. 3), чтобы поддерживать все большее количество населения, способность буферизовать изменения будет уменьшаться, а оставшиеся градиенты энергии будут испытывать возрастающие возмущения. Поскольку все больше людей зависят от меньшего количества доступных источников энергии, их уровень жизни и само выживание будут становиться все более уязвимыми к колебаниям, таким как засухи, эпидемии болезней, социальные волнения и войны. В-третьих, существует значительная неопределенность в том, как биосфера будет функционировать при уменьшении Ω от нынешнего Ω = ∼1,029 лет до неизведанной термодинамической рабочей области.Глобальная биосфера, человеческое население и экономика, очевидно, рухнут задолго до того, как Ω = 1 год. Если H. sapiens не исчезнет, ​​человеческая популяция резко сократится, поскольку мы будем вынуждены вернуться к зарабатыванию на жизнь охотников-собирателей или простых садоводов. Кроме того, Земля после распада человеческой цивилизации будет совсем другим местом, чем биосфера, которая поддержала рост цивилизации. Будет долгое наследие измененного климата, ландшафтов и биогеохимических циклов, истощенных и рассредоточенных запасов ископаемого топлива, металлов и ядерных руд, а также уменьшения биоразнообразия.Самый могущественный вид за 3,5-миллиардную историю жизни преобразовал Землю и оставил след, который сохранится еще долго после ее ухода.

Многие организации и авторы, осознавшие серьезность надвигающегося энергетического кризиса, предполагают возможность достижения определенного уровня устойчивости мирового населения и экономики за счет внедрения технологий возобновляемых источников энергии (32, 33). Мы также признаем важность солнечной и других возобновляемых источников энергии для смягчения экологических и социально-экономических последствий, поскольку биосфера возвращается к устойчивому состоянию между АЭС и дыханием.Действительно, существует большой запас солнечной энергии, который еще не использовался для использования людьми. Как уже говорилось выше, солнечный свет — это высокодисперсная энергия низкого качества. Следовательно, современные технологии в значительной степени полагаются на ископаемое топливо для проектирования, добычи, строительства и эксплуатации систем сбора и распределения (34) и расширения еще не разработанных, но обязательных крупномасштабных систем хранения энергии. Более того, в то время как некоторое развертывание солнечных систем (например, над крышами, дорогами и стоянками) вызывает небольшое прямое сокращение биомассы, более широкое развертывание, несомненно, приведет к увеличению косвенных последствий биомассы как для изготовления, так и для установки солнечных коллекторов и другой инфраструктуры.Парадигма земно-космических батарей разъясняет, почему общие предварительные и текущие инвестиции в солнечную и другие возобновляемые источники энергии должны быть сбалансированы с производимой энергией, т. Е. С большей отдачей от инвестиций в энергию (4, 35), и почему их производство и установка должны не повлияет отрицательно на оставшийся бюджет биомассы земли.

Представленная выше логика неоспорима, потому что законы термодинамики абсолютны и нерушимы. Если запасы фитомассы не стабилизируются, человеческая цивилизация будет неустойчивой.Парадигма батарей подчеркивает необходимость продолжения уточнения оценок глобальной деградации биомассы (13) и соответствующего содержания химической энергии и извлекаемых ископаемых видов топлива. Он подчеркивает необходимость большего признания центральной важности живой биомассы и прошлой, настоящей и будущей траектории уменьшения Ω. История предлагает неоднозначную информацию о способности людей вводить новшества и действовать вовремя, чтобы избежать краха. В локальном и региональном масштабе многие многочисленные прошлые цивилизации (например,г., Греция, Рим, Ангкор-Ват, Теотиуакан) не смогли адаптироваться к изменяющимся социальным и экологическим условиям и потерпели катастрофу. В то же время человеческая изобретательность и технологические инновации позволили мировому населению и экономике расти почти экспоненциальными темпами. Этот рост был вызван использованием новых источников энергии, переходом между животными, гидроэнергетикой, ветром, древесиной, углем, нефтью, природным газом, ядерной, солнечной фотоэлектрической, геотермальной и другими. Однако последствия прошлых локализованных коллапсов и глобального роста имеют сомнительное отношение к текущей ситуации, потому что теперь, впервые в истории, человечество столкнулось с глобальным пределом химической энергии.Парадигма батареи Земля-космос обеспечивает простую основу для понимания исторического воздействия человека на энергетическую динамику биосферы, включая неизменные термодинамические границы, которые в настоящее время создают серьезные проблемы для будущего человечества. Живая биомасса — это энергетический капитал, который управляет биосферой и поддерживает человеческое население и экономику. Существует острая необходимость не только в том, чтобы остановить истощение этого биологического капитала, но и как можно быстрее приблизиться к приблизительному равновесию между NPP и дыханием.Резервного резервуара биомассы для планеты Земля просто нет. Законы термодинамики не пощады. Равновесие негостеприимно, бесплодно и окончательно.

Материалы и методы

Для расчета омега на рис. 5 мы использовали данные Бюро переписи населения США по приросту населения N с 0 по 1950 г. и с 1950 по 2000 г. (36, 37). Во всех случаях, если в оценках численности населения за конкретный год наблюдались отклонения, чтобы быть консервативными, мы использовали самые низкие оценки. Энергетическое содержание фитомассы P требовало непрерывной функции для представления всех лет от 0 до 2000.Мы использовали уравнения второго порядка, чтобы соответствовать точкам данных на рис. 3. Первые три точки данных (годы 0–1800) были представлены энергией фитомассы = [35 — 1,70 × 10 ⁻⁶ (год) ² — 1.801 × 10 ⁻³ (год) — 1.8031 × 10 ⁻³ ] дзета-джоулей. Остальные точки данных (годы 1800–2000) были представлены энергией фитомассы = [35 — 3,386 × 10 ⁻⁵ (год) ² + 9,373 ⁻² (год) — 67,770] дзета джоулей.

Выражение признательности

Студенты инженерной экологии Университета Джорджии выражают благодарность за постоянные интересные вопросы и глубокие обсуждения, которые помогли улучшить ключевые моменты этого исследования.Эта работа частично финансировалась грантом EF 1065836 Национального научного фонда по биологии макросистем (J.H.B.).

Сноски

• Автор: J.R.S. и Д.К.Г. спланированное исследование; J.R.S. и J.H.B. проведенное исследование; J.R.S. и J.H.B. внесены новые реагенты / аналитические инструменты; J.R.S., D.K.G. и J.H.B. проанализированные данные; и J.R.S., D.K.G. и J.H.B. написал газету.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

Глубокий разряд — обзор

14.2.4.6 Корреляция между насыщением ячейки электролитом и ее емкостью и электрическими характеристиками

VRLAB работают в условиях небольшого дефицита электролита H ₂ SO ₄ , в результате чего при глубоком разряде концентрация H ₂ SO ₄ в порах пластины падает до очень низких значений, и, таким образом, он может стать активным материалом, ограничивающим емкость.В попытке частично компенсировать нехватку H ₂ SO ₄ многие производители батарей VRLA используют растворы H ₂ SO ₄ с концентрациями выше 1,28, относительная плотность Повышенная концентрация H ₂ SO ₄ , однако вызывают пассивацию положительных пластин и снижение емкости.

С другой стороны, насыщение влияет на электрическое сопротивление элемента, то есть влияние тока разряда на емкость элемента увеличивается.

На рис. 14.12 показано влияние насыщения элемента на его резервную емкость при разряде с током 25 А [20]. Резервная емкость является линейной функцией насыщения при малых токах разряда.

Рисунок 14.12. Влияние насыщения ячейки на резервную емкость при 25 А [20].

На рис. 14.13 показана взаимосвязь между напряжением батареи на 30-й секунде (-ах) разряда и номинальным холодным пусковым током при –18 ° C [20]. Требуется, чтобы напряжение батареи было выше 7.2 В. Полученные результаты показывают, что это требование выполняется вплоть до насыщения ячеек 78%. Другой вывод состоит в том, что зависимость 30-го напряжения от насыщения не является линейной зависимостью для разряда при низких температурах и высоких токах. Такое поведение батареи может быть связано с ее проводимостью как функцией насыщения. Электропроводность представлена ​​на рис. 14.13 как отношение проводимости батареи при заданном насыщении к проводимости при 100% насыщении. Данные на рисунке также указывают на то, что при насыщении выше 78% увеличивается проводимость батареи и увеличивается ее напряжение.

Рисунок 14.13. Влияние насыщения на высокую пропускную способность. Примечания: Результаты относятся к батарее 12 В. Коэффициент проводимости — это проводимость батареи по сравнению с проводимостью при 100% насыщении. Напряжение 30 с относится к батарее, разряженной при номинальном холодном пусковом токе при –18 ° C. Требуется, чтобы через 30 с после разряда напряжение батареи превышало 7,2 В [20].

На рис. 14.14 представлены изменения тока ячейки при 2,55 В в зависимости от насыщения при 22 ° C [21].

Рисунок 14.14. Установившиеся токи при 2,55 В, Ta = 22 ° C, при различных насыщениях [21].

При этом напряжении и при насыщении выше 80% ток элемента увеличивается на 3,5 А с уменьшением насыщения элемента на 10%. Когда насыщение падает ниже 80%, ток быстро возрастает, вероятно, потому, что между положительной и отрицательной пластинами открываются новые газовые каналы, облегчая диффузию кислорода к отрицательным пластинам, где он электрохимически восстанавливается. Для проверки этой гипотезы были проведены вольтамперные испытания модели 4.Ячейки 5 Ач с насыщением от 75% до 77% проводили при 22 ° C. Полученные результаты представлены на рис. 14.15 [21].

Рисунок 14.15. Зависимость тока элемента от приложенного напряжения для элементов емкостью 4,5 А · ч с насыщением 75–77%, поляризованными при 22 ° C [21].

До 2,45 В через элемент протекает относительно небольшой ток. При 2,48 В ток резко возрастает. Это, очевидно, связано с началом выделения кислорода на положительных пластинах и его диффузией к отрицательным по доступным свободным газовым каналам в сепараторе AGM при насыщении 75–77%.Для протекания этого высокого тока через ячейку, помимо скорости переноса кислорода между двумя пластинами, еще одним важным параметром является транспортировка ионов H ⁺ по электролитическим каналам между пластинами (рис. 14.2).

Экспериментальные данные на рис. 14.15 показывают, что диффузия ионов водорода не препятствует работе кислородного цикла. Благодаря высокой подвижности ионов H ⁺ даже уменьшенного количества электролитических каналов (75%) достаточно для поддержания высокой скорости электрохимической реакции восстановления кислорода.

Рассмотрев перенос ионов кислорода и водорода между положительной и отрицательной пластинами, давайте теперь обсудим процессы восстановления кислорода на отрицательных пластинах.

Емкость аккумулятора — обзор

20.2.3 Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора соответствует количеству электрического заряда, который может накапливаться во время зарядки, сохраняться во время пребывания в разомкнутой цепи и высвобождаться во время разрядки в реверсивном устройстве. манера. Он получается путем интегрирования тока разряда, начиная с полностью заряженной батареи и заканчивая процесс разряда при определенном пороге напряжения, часто обозначаемом как напряжение отсечки или U _{cut_off} , достигнутом в момент t _{cut_off} .В этом случае она обозначается как разрядная емкость или C _d , а в случае электрохимии свинцово-кислотных аккумуляторов она может быть выражена как

(20,5) Cd = ∫0tcut_offIdt = −2FMPbO2 (mPbO2initial_off ) = — 2FMPb (mPbinitial − mPbcut_off)

Уравнение (20.5) показывает, что емкость батареи пропорциональна количеству активных материалов, которые могут быть преобразованы электрохимически, пока напряжение батареи не достигнет порогового значения напряжения U _{cut_off} .Знак разрядной емкости отрицательный; однако на практике его значение рассматривается как модуль. Когда батарея разряжается постоянным током, ее емкость определяется формулой C _d = I · t _d , где t _d — продолжительность разряда. Когда последнее выражается в часах, типичной единицей измерения емкости аккумулятора является ампер-час.

Разрядная емкость новой батареи (т. Е. До заметного начала деградации батареи) является функцией температуры и профиля тока разряда.Основным этапом разработки каждого алгоритма управления батареями является оценка зависимости разрядной емкости от тока и температуры. Обычно это делается путем подвергания одной или нескольких идентичных батарей или элементов нескольким циклам заряда / разряда при постоянной температуре с использованием гальваностатического разряда с разными токами разряда и фиксированным режимом полной перезарядки. Процедура повторяется при нескольких разных температурах. При разработке такого плана экспериментов следует учитывать типичную скорость разрушения батареи при циклическом включении.Для аккумуляторов, скорость старения которых в режиме глубокого цикла высока (например, свинцово-кислотные аккумуляторы с тонкими пластинами и решетками, не содержащими сурьмы), количество таких глубоких циклов определения характеристик должно быть меньше, а количество экспериментальных точек на батарею должно быть ограничено. может быть компенсировано тестированием большего количества батарей.

Зависимость разрядной емкости от тока разряда часто соответствует уравнению Пейкерта [2]:

(20.6a) Cd = K · I1 − n

, где K и n — эмпирические константы.Коэффициент n сильно зависит от конструкции электродов. Например, свинцово-кислотные батареи с толстыми пластинами имеют значение n в диапазоне 1,4 [3], а для конструкций с более тонкими пластинами n находится в диапазоне 1,20–1,25 [4]. Для таких технологий, как литий-ионные батареи, где пластины очень тонкие (в диапазоне 0,2–0,3 мм), значение n близко к 1 [5]. В этом случае уравнение Пойкерта и соответствующие экспериментальные данные могут быть представлены с использованием продолжительности разряда t _d вместо емкости:

(20.6b) td = K · I − n

Когда экспериментальные данные t _d (I) построены в двойных логарифмических координатах, уравнение (20.6b) преобразуется в прямую линию с наклоном, равным к коэффициенту n . Уравнение Пойкерта демонстрирует одну и ту же тенденцию почти для всех типов первичных и аккумуляторных батарей — чем выше ток разряда, тем меньше емкость. Последнее с электрохимической точки зрения соответствует меньшему количеству активных материалов, превращающихся в продукты разряда.В технологии аккумуляторов степень этого преобразования обозначается как «использование активных материалов». Уменьшение использования активных материалов при высоких токах разряда очень часто можно приписать эффектам диффузии. Например, в случае разряда свинцово-кислотной батареи (уравнения (20.1a) и (20.1b)) серная кислота, необходимая для преобразования PbO ₂ и Pb в PbSO ₄ , должна диффундировать из объема электролита. к геометрической поверхности электрода, а затем внутрь его пористого объема.При высоких токах разряда электролит из объема элемента, расположенного между пластинами батареи, не успевает диффундировать внутри объема пластин, где он быстро истощается из-за электрохимических реакций. Это приводит к развитию локальных градиентов концентрации и появлению диффузной поляризации [6]. Последнее вызывает быстрое снижение напряжения разряда ячейки. По логике вещей, мы можем достичь большей емкости при более высоких токах только в аккумуляторных технологиях, использующих конструкции ячеек с более тонкими пластинами, где диффузия происходит быстрее.

Уравнение Пейкерта имеет различный диапазон применимости для каждой аккумуляторной технологии — для очень высокого и очень низкого тока разряда оно больше не действует. Следует отметить, что точный алгоритм BMS должен также полагаться на набор параметров n и K , измеренных для конкретного типа батареи, используемой в энергетической системе, т. Е. Пара «батарея плюс BMS» ведет себя как ключ и замочная скважина.

Уравнение (20.6b) может использоваться для объяснения терминов «номинальная емкость» и «номинальный ток», которые часто используются в аккумуляторной практике.Здесь «номинальный» соответствует выбору тока, соответствующего заданной продолжительности разряда (или желаемой автономности), или наоборот — как долго мы будем работать от батареи при приложенном токе разряда. Таким образом, ток, соответствующий 20-часовому разряду, обозначается как 20-часовой номинальный ток или I ₂₀ (или I _20h ). Когда последнее умножается на 20 часов, произведение обозначается как 20-часовая номинальная производительность C ₂₀ (C _20h ).

Еще один термин, связанный с емкостью батареи, — это «номинальная емкость» (или емкость, указанная на паспортной табличке), обозначаемая как C _n . Определение C _n часто связано с определенным приложением или стандартом тестирования батарей. Например, номинальная емкость пусковой, осветительной и зажигательной свинцово-кислотных аккумуляторов обычно совпадает с 20-часовой номинальной емкостью C _20h . Номинальная емкость может использоваться для выражения плотности тока заряда и разряда в виде рейтинга C, представленного как отношение между номинальной емкостью и « целевой » длительностью разряда или заряда (последняя отличается от реальной продолжительности заряда или продолжительности заряда). увольнять).Таким образом, для тока, предназначенного для зарядки или разрядки аккумулятора в течение 10 часов, плотность тока выражается как C _n /10 час. Более высокие токи, такие как C _n /1 ч, обозначаются как 1 C, C _n /30 мин как 2 C, C _n /15 мин как 4 C и т. Д. позволяет применять одинаковые условия тестирования к батареям разного размера и надежно сравнивать полученные результаты. Удобство такого подхода связано с большой разницей между возможностями тестирования аккумуляторов в лаборатории, на которую возложена задача разработки BMS, и фактическими размерами установки для аккумулирования энергии.Обычно стенды для проверки аккумуляторных батарей предназначены для проверки ячеек в диапазоне напряжений 0–5 В и тока ± 5–50 А (чем выше ток, тем дороже оборудование). Во многих реальных аккумуляторных установках для хранения возобновляемой энергии и поддержки сети типичный диапазон постоянного напряжения составляет 400 В, а токи могут достигать 500–1000 А в случае, когда используются огромные аккумуляторные элементы, что свидетельствует о том, что BMS фактически экстраполирует лабораторные характеристики элементов и батарей меньшего размера, чтобы контролировать и прогнозировать работу крупногабаритных аккумуляторов энергии.