Onderzoekers van WMG aan de Universiteit van Warwick hebben ontdekt dat het gebruik van inductief laden, hoewel zeer handig, loopt het risico de levensduur van mobiele telefoons te verminderen met behulp van typische LIB's (lithium-ionbatterijen)

Consumenten en fabrikanten hebben hun interesse in deze handige oplaadtechnologie vergroot, stoppen met gehannes met stekkers en kabels in plaats van de telefoon gewoon rechtstreeks op een oplaadstation te plaatsen.

Standaardisatie van laadpalen, en de opname van inductieve oplaadspoelen in veel nieuwe smartphones heeft geleid tot een snel toenemende acceptatie van de technologie. in 2017, 15 automodellen kondigden de opname aan van consoles in voertuigen voor het inductief opladen van consumentenelektronica, zoals smartphones – en op veel grotere schaal, velen overwegen het voor het opladen van accu's van elektrische voertuigen.

Inductief opladen stelt een stroombron in staat om energie over een luchtspleet te zenden, zonder het gebruik van verbindingsdraad, maar een van de belangrijkste problemen met deze manier van opladen is de hoeveelheid ongewenste en mogelijk schadelijke warmte die kan worden gegenereerd. Er zijn verschillende bronnen van warmteontwikkeling bij elk inductief laadsysteem, zowel in de oplader als in het apparaat dat wordt opgeladen. Deze extra verwarming wordt verergerd door het feit dat het apparaat en het oplaadstation in nauw fysiek contact staan, alle warmte die in het ene apparaat wordt gegenereerd, kan door eenvoudige thermische geleiding en convectie op het andere worden overgedragen.

Op een smartphone, de stroomontvangende spoel bevindt zich dicht bij de achterkant van de telefoon (die meestal elektrisch niet-geleidend is) en vanwege de verpakkingsbeperkingen moeten de batterij van de telefoon en de vermogenselektronica dicht bij elkaar worden geplaatst, met beperkte mogelijkheden om de in de telefoon gegenereerde warmte af te voeren, of bescherm de telefoon tegen de hitte die door de oplader wordt gegenereerd. Het is goed gedocumenteerd dat batterijen sneller verouderen wanneer ze bij hoge temperaturen worden bewaard en dat blootstelling aan hogere temperaturen dus een aanzienlijke invloed kan hebben op de gezondheidstoestand (SoH) van batterijen gedurende hun nuttige levensduur.

De vuistregel (of meer technisch de vergelijking van Arrhenuis) is dat voor de meeste chemische reacties, de reactiesnelheid verdubbelt bij elke 10 °C temperatuurstijging. In een batterij, de reacties die kunnen optreden zijn onder meer de versnelde groeisnelheid van passiverende films (een dunne inerte coating die het oppervlak eronder onreactief maakt) op de elektroden van de cel. Dit gebeurt door middel van celredoxreacties, die de interne weerstand van de cel onomkeerbaar verhogen, uiteindelijk resulterend in prestatievermindering en falen. Een lithium-ionbatterij die boven de 30 °C blijft, wordt doorgaans geacht een hoge temperatuur te hebben, waardoor de batterij wordt blootgesteld aan het risico van een kortere levensduur.

Richtlijnen uitgegeven door batterijfabrikanten specificeren ook dat het bovenste bedrijfstemperatuurbereik van hun producten het bereik van 50−60 °C niet mag overschrijden om gasvorming en catastrofale storingen te voorkomen.

Deze feiten brachten WMG-onderzoekers ertoe experimenten uit te voeren waarbij de temperatuurstijgingen bij normaal opladen van batterijen via draad werden vergeleken met inductief opladen. De WMG was echter nog meer geïnteresseerd in inductief opladen wanneer de consument de telefoon verkeerd uitlijnt op het oplaadstation. Om een ​​slechte uitlijning van de telefoon en de oplader te compenseren, inductieve laadsystemen verhogen typisch het zendvermogen en/of passen hun werkfrequentie aan, wat verdere efficiëntieverliezen met zich meebrengt en de warmteopwekking verhoogt.

Deze verkeerde uitlijning kan een veel voorkomend verschijnsel zijn, aangezien de werkelijke positie van de ontvangstantenne in de telefoon niet altijd intuïtief of duidelijk is voor de consument die de telefoon gebruikt. Het WMG-onderzoeksteam heeft daarom ook het opladen van telefoons getest met een opzettelijke verkeerde uitlijning van de zender- en ontvangerspoelen.

Alle drie de oplaadmethoden (draad, uitgelijnd inductief en verkeerd uitgelijnd inductief) werden in de loop van de tijd getest met gelijktijdig opladen en thermische beeldvorming om temperatuurkaarten te genereren om de verwarmingseffecten te helpen kwantificeren. De resultaten van die experimenten zijn gepubliceerd in het tijdschrift ACS Energy Letters in een artikel getiteld "Temperature Considerations for Charging Li-Ion Batteries:Inductive versus Mains Charging Modes for Portable Electronic Devices."

De afbeeldingen bij dit persbericht illustreren drie manieren van opladen, gebaseerd op (a) opladen via het wisselstroomnet (opladen via kabel) en inductief opladen wanneer de spoelen (b) uitgelijnd en (c) verkeerd uitgelijnd zijn. Panelen i en ii tonen een realistisch beeld van de oplaadmodi met een momentopname van de thermische kaarten van de telefoon na 50 minuten opladen. Ongeacht de manier van opladen, de rechterrand van de telefoon vertoonde een hogere temperatuurstijging dan andere delen van de telefoon en bleef gedurende het laadproces hoger. Uit een CT-scan van de telefoon bleek dat deze hotspot de plek is waar het moederbord zich bevindt.

• In het geval van een telefoon die is opgeladen met conventionele netvoeding, de maximale gemiddelde temperatuur die binnen 3 uur na het opladen werd bereikt, was niet hoger dan 27 °C.
• Daarentegen is dit voor de telefoon die wordt opgeladen door uitgelijnd inductief opladen, de temperatuur bereikte een piek van 30,5 °C, maar daalde geleidelijk gedurende de tweede helft van de oplaadperiode. Dit is vergelijkbaar met de maximale gemiddelde temperatuur die wordt waargenomen tijdens verkeerd uitgelijnd inductieladen.
• In het geval van verkeerd uitgelijnd inductieladen, de piektemperatuur was van vergelijkbare grootte (30,5 °C) maar deze temperatuur werd eerder bereikt en bleef veel langer op dit niveau (125 minuten versus 55 minuten voor correct uitgelijnd opladen).

Ook opmerkelijk was het feit dat het maximale ingangsvermogen naar het oplaadstation groter was in de test waarbij de telefoon niet goed was uitgelijnd (11 W) dan de goed uitgelijnde telefoon (9,5 W). Dit komt doordat het laadsysteem het zendvermogen bij verkeerde uitlijning verhoogt om het beoogde ingangsvermogen naar het apparaat te behouden. De maximale gemiddelde temperatuur van het oplaadstation tijdens het opladen onder een verkeerde uitlijning bereikte 35,3 °C, twee graden hoger dan de temperatuur die werd gedetecteerd toen de telefoon werd uitgelijnd, die 33 °C bereikte. Dit is symptomatisch voor een verslechtering van de systeemefficiëntie, met extra warmteontwikkeling als gevolg van vermogenselektronicaverliezen en wervelstromen.

De onderzoekers merken op dat toekomstige benaderingen van het ontwerp van inductieladen deze overdrachtsverliezen kunnen verminderen, en dus de verwarming verminderen, door ultradunne spoelen te gebruiken, hogere frequenties, en geoptimaliseerde aandrijfelektronica om laders en ontvangers te bieden die compact en efficiënter zijn en met minimale verandering in mobiele apparaten of batterijen kunnen worden geïntegreerd.

Tot slot, het onderzoeksteam ontdekte dat inductief laden, hoewel handig, zal waarschijnlijk leiden tot een verkorting van de levensduur van de batterij van de mobiele telefoon. Voor veel gebruikers is deze degradatie kan een acceptabele prijs zijn voor het gemak van opladen, maar voor degenen die het langste leven van hun telefoon willen halen, opladen via de kabel wordt nog steeds aanbevolen.