Pin trong điện thoại, máy tính xách tay hay xe máy điện không “chứa điện” như một cái bình chứa nước. Nó chứa những ion lithium có thể chạy qua lại giữa hai cực, và mỗi chuyến đi đó đẩy electron chạy qua mạch ngoài để nuôi thiết bị. Sạc là kéo ion về một phía, dùng máy là để chúng chạy về phía kia.
Hiểu chuyến đi của ion giúp bạn trả lời những câu hỏi rất thực tế: vì sao sau hai ba năm pin chỉ còn giữ được một phần dung lượng, vì sao để máy trong ô tô giữa trưa nắng lại hại pin, vì sao pin phồng thì phải ngừng dùng ngay. Bài này đi từ cấu tạo, qua cơ chế chai pin, tới những thói quen sạc có cơ sở khoa học, và cách nhờ AI giải thích lại mà không bị dẫn sai bởi những lời khuyên truyền miệng.
Bốn bộ phận bên trong một viên pin
Cực dương. Thường làm từ một hợp chất ô-xít kim loại có chứa lithium, hoặc lithium sắt phốt-phát. Loại vật liệu quyết định nhiều thứ: pin chứa được bao nhiêu năng lượng, chịu nhiệt ra sao, sống được bao nhiêu chu kỳ. Nhiều loại pin xe điện và pin lưu trữ dùng lithium sắt phốt-phát vì bền và ổn định nhiệt, đổi lại nặng hơn với cùng một lượng năng lượng.
Cực âm. Phổ biến nhất là than chì, tức các lớp carbon xếp chồng như một tập giấy. Khi sạc, ion lithium chui vào giữa các lớp đó và nằm chờ. Một số pin đời mới trộn thêm silicon để chứa được nhiều ion hơn, nhưng silicon phình to khi nhận ion nên khó làm bền.
Chất điện giải. Là muối lithium hoà trong dung môi hữu cơ, đóng vai con đường cho ion đi lại. Dung môi này cháy được, đó là gốc của chuyện an toàn pin mà phần sau sẽ nói.
Màng ngăn. Một tấm nhựa xốp rất mỏng đặt giữa hai cực. Nó cho ion đi qua nhưng không cho hai cực chạm nhau. Nếu màng này thủng, hai cực chạm nhau bên trong pin, gọi là đoản mạch trong, và pin có thể nóng lên rất nhanh.
Mạch quản lý pin. Ngoài bốn phần hoá học, mọi viên pin thương mại còn đi kèm một mạch điện tử nhỏ theo dõi điện áp, dòng và nhiệt độ, ngắt sạc khi đầy và ngắt xả khi cạn. Con số phần trăm trên màn hình là do mạch này ước tính, không phải đo trực tiếp lượng ion.
Sạc và xả: chuyến đi qua lại của ion lithium
Khi bạn cắm sạc, bộ sạc đẩy electron vào cực âm qua dây dẫn. Để cân bằng điện tích, ion lithium rời cực dương, bơi qua chất điện giải, xuyên màng ngăn và chui vào giữa các lớp than chì. Lúc pin đầy, phần lớn lithium có thể di chuyển đang nằm ở cực âm, ở trạng thái “muốn quay về” cực dương.
Khi bạn dùng máy, chiều đi đảo lại. Ion lithium rời than chì, quay về cực dương qua chất điện giải, còn electron không đi được qua chất điện giải nên phải vòng qua mạch ngoài, tức qua chip, màn hình, loa của điện thoại. Dòng electron vòng ngoài đó chính là dòng điện nuôi thiết bị. Ý tưởng pin dựa trên ion lithium chạy qua lại này được trao giải Nobel Hoá học năm 2019 cho ba nhà khoa học John Goodenough, Stanley Whittingham và Akira Yoshino.
Từ hình ảnh này có thể hiểu vì sao sạc nhanh lúc đầu, chậm lúc gần đầy. Bộ sạc thường đẩy dòng lớn khi pin còn trống, gọi là giai đoạn dòng không đổi. Khi điện áp chạm ngưỡng, nó giữ điện áp và giảm dần dòng, để ion có thời gian len vào các chỗ còn trống mà không dồn ứ ở bề mặt than chì. Vì thế đoạn từ tám mươi lên một trăm phần trăm thường lâu hơn hẳn đoạn từ hai mươi lên năm mươi.
Vì sao pin chai dần theo thời gian
Pin chai là khi lượng ion lithium còn chạy qua lại được giảm dần, và đường đi của chúng ngày càng khó. Không có một nguyên nhân duy nhất; vài cơ chế cùng diễn ra:
| Cơ chế | Diễn ra thế nào | Điều gì làm nó nhanh hơn |
|---|---|---|
| Lớp màng trên cực âm dày lên | Ngay từ lần sạc đầu, một lớp màng mỏng hình thành trên bề mặt than chì. Nó cần thiết, nhưng mỗi lần dày thêm lại “nuốt” một ít lithium | Nhiệt độ cao, pin giữ lâu ở mức đầy |
| Vật liệu điện cực nứt vỡ | Mỗi lần nhận và nhả ion, hạt vật liệu phình ra co lại một chút; lâu ngày có vết nứt, phần bị tách ra không còn tham gia | Sạc xả sâu liên tục, dòng sạc quá lớn |
| Chất điện giải phân huỷ | Dung môi bị phản ứng dần ở điện áp cao hoặc nhiệt cao, sinh khí và cặn | Để máy trong xe nắng, vừa sạc vừa chơi trò chơi nặng |
| Lithium kết tủa thành kim loại | Khi sạc lúc trời quá lạnh hoặc sạc quá nhanh, ion không kịp chui vào than chì mà đọng thành lớp kim loại trên bề mặt | Sạc trong môi trường lạnh sâu, ít gặp ở Việt Nam trừ vùng núi cao mùa đông |
Điểm chung của bảng là nhiệt và ở lâu ở trạng thái đầy. Hai thứ này hại pin nhiều hơn số lần sạc. Một chiếc máy luôn nằm ở một trăm phần trăm trên bàn nóng có thể chai nhanh hơn chiếc máy được sạc nhiều lần trong ngày nhưng giữ mát.
Thói quen sạc có cơ sở và những lời đồn đã lỗi thời
Nhiều lời khuyên về pin được truyền từ thời pin niken, nay không còn đúng. Dưới đây là những điều có cơ sở từ cơ chế đã nói:
- Không cần xả cạn rồi mới sạc. Pin niken ngày xưa có “hiệu ứng nhớ”, pin lithium-ion thì không. Xả cạn thường xuyên còn làm pin mệt hơn. Sạc lúc nào tiện là được.
- Không cần sạc ba ngày cho lần đầu. Lời khuyên này cũng từ thời pin cũ. Pin mới đã được nhà sản xuất kích hoạt tại xưởng.
- Tránh nóng là việc quan trọng nhất. Đừng để máy dưới nắng, trên taplo ô tô, trong túi chăn khi đang sạc. Nếu máy nóng rõ lúc sạc, tháo ốp lưng dày ra.
- Không nhất thiết sạc tới một trăm phần trăm mỗi ngày. Nhiều điện thoại và máy tính có chế độ sạc tối ưu, dừng ở khoảng tám mươi phần trăm rồi sạc nốt trước giờ bạn hay rút máy. Tên và cách bật khác nhau theo máy, kiểm phần cài đặt pin.
- Sạc qua đêm không làm nổ pin ở máy đạt chuẩn. Mạch quản lý pin ngắt sạc khi đầy. Cái hại là giữ pin ở mức đầy và ấm suốt nhiều giờ, nên bật chế độ sạc tối ưu và đặt máy chỗ thoáng.
- Cất máy lâu ngày ở mức khoảng một nửa. Không để cạn hẳn, cũng không để đầy, và để chỗ mát. Pin cạn kiệt lâu ngày có thể không sạc lại được nữa.
Những điều trên giúp pin già chậm hơn chứ không giữ pin mới mãi. Pin là vật tư tiêu hao, sau vài năm thay pin là chuyện bình thường.
Pin phồng, pin nóng và vì sao không được chọc thủng
Khi chất điện giải phân huỷ, nó sinh ra khí. Pin trong điện thoại thường là pin túi, vỏ là lớp màng nhôm dẻo, nên khí tích lại làm túi phồng lên. Dấu hiệu bạn có thể thấy: màn hình bị đẩy cộm lên, nắp lưng hở mép, máy đặt trên bàn bị cập kênh. Pin phồng là pin đã hỏng bên trong, phải ngừng sạc và ngừng dùng.
Tuyệt đối không ấn cho xẹp, không chọc thủng để “xả hơi”. Chọc thủng có thể làm màng ngăn rách, hai cực chạm nhau, dòng lớn chạy trong pin sinh nhiệt, nhiệt lại làm thêm vật liệu phân huỷ, sinh thêm nhiệt. Vòng xoáy này gọi là thoát nhiệt, và vì dung môi điện giải cháy được, nó có thể dẫn tới cháy. Hãy tắt máy, để nơi thoáng, xa vật dễ cháy, rồi mang tới cơ sở sửa chữa thay pin.
Với xe máy điện và xe đạp điện, nguyên tắc an toàn càng quan trọng vì pin lớn hơn nhiều. Không sạc qua đêm ở lối thoát hiểm hay trong phòng ngủ, không dùng bộ sạc trôi nổi không đúng loại, không sạc ngay sau khi xe vừa chạy dưới nắng gắt, kiểm tra vỏ pin sau mỗi lần va chạm. Đây là lời khuyên an toàn chung, cần cụ thể thì đọc hướng dẫn của nhà sản xuất và khuyến cáo của lực lượng phòng cháy chữa cháy địa phương.
Đọc thông số pin dự phòng và hỏi AI cho đúng
Con số mAh in trên pin dự phòng dễ gây hiểu lầm vì nó tính ở điện áp của từng viên pin bên trong, không phải ở điện áp đi vào điện thoại. Cách đọc và cách dùng AI hỗ trợ:
- Đổi mAh sang Wh để so sánh: nhân mAh với điện áp danh định (thường khoảng 3,7 vôn) rồi chia một nghìn. Ví dụ giả định: một pin dự phòng mười nghìn mAh ứng với khoảng 37 Wh.
- Nhớ rằng không bao giờ sạc được hết số đó vào điện thoại. Một phần năng lượng mất khi tăng điện áp và toả nhiệt, nên lượng thực nhận được thường ít hơn khá nhiều so với con số in trên vỏ.
- Khi mang pin dự phòng lên máy bay, quy định thường dựa trên Wh và chỉ cho mang theo hành lý xách tay. Mức cụ thể do hãng hàng không và cơ quan hàng không quy định, hãy kiểm quy định hiện hành trước chuyến bay.
- Nhờ AI kiểm phép tính. Câu lệnh mẫu: “Pin dự phòng ghi 20.000 mAh, 3,7 V. Tính ra Wh và giải thích vì sao điện thoại pin 4.000 mAh không sạc đầy được năm lần, trình bày từng bước.”
- Hỏi AI những lời đồn bạn nghe: “Có đúng là phải xả cạn pin lithium-ion rồi mới sạc không? Giải thích bằng cơ chế ion, nêu rõ chỗ nào là lời khuyên cho pin đời cũ.” Rồi đối chiếu với tài liệu hướng dẫn của nhà sản xuất máy.
Nếu bạn chụp ảnh phần thông tin pin trong cài đặt để hỏi AI, cắt bỏ số sê-ri, mã nhận dạng máy và tên tài khoản hiện trên ảnh. Những thông tin đó không cần cho câu hỏi về pin.
Câu hỏi thường gặp
Sạc điện thoại qua đêm có hại pin không?
Với máy đạt chuẩn, mạch quản lý pin sẽ ngắt sạc khi đầy nên không có chuyện sạc quá mức. Điều làm pin già nhanh là giữ ở mức đầy và ấm nhiều giờ. Bật chế độ sạc tối ưu và đặt máy nơi thoáng là đủ.
Có cần xả cạn pin rồi mới sạc không?
Không. Lời khuyên này đến từ thời pin niken có hiệu ứng nhớ. Pin lithium-ion không có hiệu ứng đó, và việc xả cạn thường xuyên còn làm pin mệt hơn. Bạn cứ sạc lúc nào thuận tiện.
Pin bị phồng thì nên làm gì?
Ngừng sạc và ngừng dùng ngay, tắt máy, đặt nơi thoáng xa vật dễ cháy. Không ấn xẹp, không chọc thủng vì có thể gây đoản mạch bên trong và cháy. Mang máy tới cơ sở sửa chữa để thay pin mới.
Vì sao sạc từ 80 lên 100 phần trăm lại lâu hơn?
Gần đầy, bộ sạc chuyển sang giữ điện áp và giảm dần dòng để ion lithium kịp chui vào cực âm mà không dồn ứ ở bề mặt. Cách sạc này bảo vệ pin, đổi lại đoạn cuối chậm hơn hẳn đoạn đầu.
Vì sao pin dự phòng 10.000 mAh không sạc được đầy hai lần điện thoại 5.000 mAh?
Con số mAh của pin dự phòng tính ở điện áp viên pin bên trong, còn khi đưa vào điện thoại phải qua mạch tăng áp và mất một phần năng lượng thành nhiệt. Lượng điện thực tế nhận được vì thế ít hơn con số in trên vỏ.
Thời tiết nóng ở Việt Nam có làm pin nhanh chai không?
Nhiệt độ cao làm các phản ứng phụ trong pin diễn ra nhanh hơn, nên trời nóng kèm thói quen để máy dưới nắng hay vừa sạc vừa chơi trò chơi nặng sẽ làm pin già nhanh. Giữ máy mát khi sạc là cách giảm bớt.