Ваш смартфон устарел, если в нём литий-ионная батарея. Кремний-углеродные аккумуляторы: что это и как работает
Рынок смартфонов постоянно меняется — одни аспекты развиваются медленнее, другие — семимильными шагами, но если сравнить модели пятилетней давности и современные решения, то разница в характеристиках, технологиях и даже материалах будет колоссальная. И это вполне понятно — покупатели хотят тонкие, мощные и долгоиграющие гаджеты, а производители активно трудятся, дабы угодить желаниям аудитории. Проблема лишь в том, что в сегменте аккумуляторных батарей существенных сдвигов не было уже больше тридцати лет, из-за чего развитие смартфонов слегка застопорилось. В HONOR весьма серьёзно подошли к решению этой проблемы, создав передовые кремний-углеродные аккумуляторы — самое время разобраться, почему это настолько крутая технология.
У любой технологии есть свой «срок годности»
Литий-ионные аккумуляторные батареи, которые сейчас задействованы в смартфонах, планшетах, фонариках и прочей электронике, были изобретены довольно давно — в 1991 году. И хотя технологии и производственные процессы с тех пор существенно «прокачались», конструкция и принцип работы таких аккумуляторов практически не изменились. Внутри литий-ионного аккумулятора имеется катод, изготовленный из лития (или его производных) и закреплённый на алюминиевой фольге, анод из графита, расположенный на плёнке из меди, а между «слоями» катода и анода установлена секция-проводник, пропитанная электролитом. Вся эта конструкция сворачивается в рулон, после чего помещается в герметичную колбу из стали, алюминия или даже полимерных материалов.
Когда аккумулятор заряжают, напряжение «выбивает» ионы лития от катода — они проходят через проводник с электролитом и встраиваются в молекулярную структуру графитового анода — происходит химическая реакция окисления. И, соответственно, при разряде аккумулятора происходит противоположный процесс — ионы лития перемещаются обратно к катоду. У всего этого процесса есть ряд недостатков — например, при всём желании сделать конструкцию «бочёнков» меньше без потери ёмкости невозможно. Кроме того, литий-ионный аккумулятор подвержен процессу саморазряда (потери общей начальной ёмкости) и сильно боится глубокого разряда. В результате аккумуляторные батареи в смартфонах и прочей мобильной технике стагнируют уже который год — просто потому, что текущие модели достигли пика плотности энергии, и как-то улучшить эту технологию невозможно.
Апгрейд автономности, который все так долго ждали
Естественно, мир не сидел сложа руки — лучшие умы человечества, от химиков до физиков и инженеров, годами трудились в поисках какого-то нового решения, которое позволит нивелировать недостатки литий-ионного аккумулятора, повысив при этом плотность хранения энергии, скорость зарядки и температурный режим. Для этого было создано с десяток производных лития, пусть это и не дало особого результата, и в результате многолетних исследований, экспериментов и испытаний специалисты из HONOR пришли к идее заменить графитовый анод на кремний-углеродный материал. Механизм функционирования аккумулятора остался прежним, но за счёт новой структуры его удалось существенно улучшить.
Дело в том, что у кремния, второго по распространённости химического элемента на планете Земля, гораздо выше плотность хранения энергии. Например, если говорить о теоретической ёмкости в граммах, кремний в десять раз превосходит привычный для мира высоких технологий графит. Соответственно, у производителя аккумуляторных батарей есть два варианта развития нового направления — можно сделать батарею той же ёмкости, что и литий-ионные конкуренты, но при этом гораздо более компактных размеров (в результате смартфоны и планшеты станут существенно тоньше и легче), либо же сделать аккумулятор тех же размеров, но с гораздо большей ёмкостью (длительность автономной работы от одного заряда возрастёт в разы).
Кроме того, компания разработала передовую систему функционирования при низковольтном заряде аккумуляторной батареи — смартфоны и прочая электроника смогут выполнять поставленные задачи даже при очень низком напряжении. К примеру, при напряжении ниже 3,4 В система способна обеспечить электронное устройство мощностью, которая в три раза превосходит традиционные системы на базе графита. Также разработка производителя может похвастаться стабильной и довольно быстрой зарядкой (до 66 Вт), которая в паре с большей ёмкостью позволяет человеку не переживать из-за малого времени автономной работы или необходимости долго оставлять гаджет у розетки.
Если говорить о длительности автономной работы, то в рамках лабораторных исследований компании HONOR складной смартфон Magic V2, например, продемонстрировал 14 часов проигрывания потокового видео на одном заряде, либо же почти 24 часа в режиме чтения контента. И, вероятно, в сегменте складных смартфонов (а в будущем и планшетов) преимущество в виде большей плотности энергии сыграет ключевую роль. Впрочем, дело не только в автономности, но и в износостойкости — батарея на основе кремния и углерода имеет больший срок эксплуатации.
Пока что, безусловно, говорить о реальных сроках износа передового аккумулятора рано, но если Li-ion-модели приходят в условную негодность из-за чрезмерной потери первоначальной ёмкости через 2-3 года эксплуатации (срок сильно зависит от оригинального объёма — чем он меньше, тем быстрее происходит износ аккумуляторного элемента), то у кремний-углеродных батарей «срок годности» будет достигать 6-8 лет. Для потенциального покупателя это имеет огромный практический смысл — часто флагманские смартфоны не успевают устаревать в плане железа, но из-за износа батареи владелец приходит к мысли о покупке нового гаджета, потому что текущим пользоваться некомфортно. Со сроком службы хотя бы в 5 лет эта проблема будет упразднена.
Завершает список преимуществ новой разработки повышенная безопасность аккумуляторного элемента. Дело в том, что батарея на основе кремния менее склонна к нагреву, а перегреть её в процессе даже достаточно интенсивной зарядки — очень трудная задача. Это значит, что производитель сможет задействовать более передовые технологии зарядки без страха вывести батарею из строя, не делая поблажек в вопросе безопасности и стабильности работы устройства.
Конечно, у кремний-углеродных аккумуляторных батарей есть и недостатки. Точнее, на текущий момент он всего один — дороговизна. За тридцать с лишним лет производство литий-ионных аккумуляторов налажено, протестировано и запущено в таких объёмах, что даже очень хорошая батарея стоит недорого. Структура кремний-углеродной модели гораздо более сложная — это действительно инновационная разработка, производство которой далеко не всем под силу. А цены на подобного рода передовые разработки обычно существенно выше, чем на давно устаревшие и ставшие нормой продукты. Но если удастся добиться адекватных цен на новейшие батареи, то, безусловно, это будет означать настоящий прорыв.
Тоньше, мощнее и дольше — всё, как и хотели
Очевидно, что в ближайшем будущем рынок смартфонов будет существенно преображаться благодаря разработке HONOR и других крупных компаний. Производители смогут сделать свои смартфоны существенно тоньше и легче, увеличить время автономной работы, нивелировать проблему перегрева и многое другое. Всё это даст возможность разработчикам систем на кристалле реализовать больше мощности, выпустить новые производительные ядра, не переживать о необходимости экономить энергию устройства в процессе пиковых нагрузок. Новая эра — уже на горизонте.