Warum die Batterie Ihres Kopfhörers nicht lange hält

Forschungsteam hat sich dem bekannten Problem der Batterieabnutzung bei einer Technologie gestellt, die viele von uns täglich benutzen

17.02.2025

Symbolbild

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Ist Ihnen schon einmal aufgefallen, dass die Batterien in elektronischen Geräten nicht mehr so lange halten wie im Neuzustand? Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der University of Texas in Austin hat sich diesem bekannten Problem, der so genannten Degradation, auf besondere Weise angenommen. Sie konzentrieren sich bei ihrer Arbeit auf eine reale Technologie, die viele von uns täglich benutzen: kabellose Ohrstöpsel. Sie setzten Röntgen-, Infrarot- und andere bildgebende Verfahren ein, um die Komplexität der in diesen winzigen Geräten steckenden Technologie zu verstehen und herauszufinden, warum die Lebensdauer der Batterien mit der Zeit abnimmt.

"Ich trage nur den rechten Kopfhörer und habe festgestellt, dass der linke Ohrhörer nach zwei Jahren eine viel längere Batterielebensdauer hatte", sagt Yijin Liu, außerordentlicher Professor am Walker Department of Mechanical Engineering der Cockrell School of Engineering, der die in Advanced Materials veröffentlichte Studie leitete . "Also haben wir beschlossen, das zu untersuchen und zu sehen, was wir finden können.

Sie fanden heraus, dass andere kritische Komponenten in dem kompakten Gerät, wie die Bluetooth-Antenne, Mikrofone und Schaltkreise, mit der Batterie kollidierten, wodurch eine schwierige Mikroumgebung entstand. Diese Dynamik führte zu einem Temperaturgefälle, d. h. zu unterschiedlichen Temperaturen im oberen und unteren Teil des Akkus, das den Akku beschädigte.

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Der Kontakt mit der realen Welt mit ihren vielen unterschiedlichen Temperaturen, Luftqualitäten und anderen Faktoren spielt ebenfalls eine Rolle. Batterien sind oft so konstruiert, dass sie rauen Umgebungen standhalten, aber häufige Umweltveränderungen sind auf ihre eigene Art eine Herausforderung.

Diese Ergebnisse, so die Forscher, machen deutlich, dass man sich mehr Gedanken darüber machen muss, wie Batterien in reale Geräte wie Telefone, Laptops und Fahrzeuge eingebaut werden. Wie können sie so verpackt werden, dass die Interaktion mit potenziell schädlichen Komponenten verringert wird, und wie können sie an das unterschiedliche Nutzerverhalten angepasst werden?

"Die unterschiedliche Nutzung von Geräten verändert das Verhalten und die Leistung der Batterie", sagt Guannan Qian, Erstautor dieser Arbeit und Postdoktorand in Lius Labor. "Sie könnten unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sein; eine Person hat andere Ladegewohnheiten als eine andere; und jeder Besitzer eines Elektrofahrzeugs hat seinen eigenen Fahrstil. Das alles spielt eine Rolle."

Um die Experimente durchzuführen, arbeiteten Liu und sein Team eng mit der UT Fire Research Group unter der Leitung des Maschinenbauingenieurs Ofodike Ezekoye zusammen. Sie nutzten Ezekoyes Infrarot-Bildgebungstechnologie, um ihre Labor-Röntgentechnologie an der UT Austin und bei Sigray Inc. zu ergänzen. Um jedoch ein vollständiges Bild zu erhalten, wandten sich Liu und sein Team an einige der leistungsfähigsten Röntgenanlagen der Welt.

Sie arbeiteten mit Teams der Stanford Synchrotron Radiation Lightsource des SLAC National Accelerator Laboratory, der National Synchrotron Light Source II des Brookhaven National Laboratory, der Advanced Photon Source des Argonne National Laboratory und der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Frankreich zusammen. Diese nationalen und internationalen Einrichtungen gewähren den Forschern Zugang zu Synchrotronanlagen von Weltrang und ermöglichen es ihnen, die verborgene Dynamik von Batterien unter realen Bedingungen aufzudecken.

"Die meiste Zeit über betrachten wir im Labor entweder unberührte und stabile Bedingungen oder extreme Bedingungen", so Xiaojing Huang, Physikerin am Brookhaven National Laboratory. "Wenn wir neue Batterietypen erforschen und entwickeln, müssen wir die Unterschiede zwischen den Laborbedingungen und den Unwägbarkeiten der realen Welt verstehen und entsprechend reagieren. Die Röntgenbildgebung kann hierfür wertvolle Erkenntnisse liefern."

Liu sagt, dass sein Team weiterhin die Batterieleistung unter realen Bedingungen untersuchen wird. Diese Arbeit könnte sich auf größere Zellen erstrecken, wie die Batterien, die unsere Telefone, Laptops und Elektrofahrzeuge antreiben.

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Originalveröffentlichung

Guannan Qian, Guibin Zan, Jizhou Li, Dechao Meng, Tianxiao Sun, Vivek Thampy, Ayrton M. Yanyachi, Xiaojing Huang, Hanfei Yan, Yong S. Chu, Sheraz Gul, Juanjuan Huang, Shelly D. Kelly, Sang‐Jun Lee, Jun‐Sik Lee, Wenbing Yun, Peter Cloetens, Piero Pianetta, Kejie Zhao, Ofodike A. Ezekoye, Yijin Liu; "In‐device Battery Failure Analysis"; Advanced Materials, 2025-1-31

https://www.chemie.de/news/1185579/warum-die-batterie-ihres-kopfhoerers-nicht-lange-haelt.html