Будущее смартфонов: аккумуляторы

Споры относительно важности объема батареи не утихают до сих пор, однако мы должны думать не над выбором лучшего соотношения габаритов и объема батареи, а над будущим, над тем, какую ветвь развития выберет эта своего рода отрасль. В этой статье мы расскажем о том, что такое батареи, как они работают и какое будущее нас ждет. Тема будущего развития достаточно плодотворна и интересна, поэтому не стоит отбрасывать её на потом, уверяем вас, вы не пожалеете.

Итак, начнем мы, пожалуй, с настоящего. Для начала определим, что такое батарея и какие виды батарей существуют на рынке. Сегодня выбор у производителей не столь велик: наиболее популярны литиевые батареи, которые, в свою очередь, разделяют на литий-ионные и литий-полимерные, в будущем мы будем обозначать их как Li-ion и Li-po.

Li-ion батареи сегодня встречаются почти в каждом смартфоне и заменили они никель-кадмиевые на рубеже 20 — начала 21 века. Если у вас съемная крышка, откройте её и возьмите в руку вашу батарею, внимательно посмотрите на неё — как правило, такие батареи имеют вид пластины, но существуют и цилиндрические, оболочка, которую вы видите снаружи с надписями «Samsung» и прочее, — это лишь обёртка. Внутри пластина состоит из электродов (анод и катод): анод положительно заряжен, катод — отрицательно. Между катодом и анодом расположен жидкий электролит, который способствует передвижению положительно (отрицательно) заряженных ионов лития от анода к катоду (от катода к аноду). Другими словами, когда ваш смартфон разряжается, в этот момент ионы переходят из анода к катоду, в случае если заряд на нуле, все ионы будут находиться в катоде. Дальнейшая зарядка девайса повлечет за собой обратный процесс: ионы лития постепенно перейдут из катода к аноду. В этом и заключается весь процесс разрядки и зарядки аккумулятора вашего смартфона.

Li-po технология достаточно молодая и строится на базе Li-ion. Однако теперь перед нами не жидкий растворитель, а твердый полимерный композит, который заворачивают уже не в твердую обертку, а в пластик, что позволит батарею немного сгибать.

Однако литиевая технология аккумуляторов имеет свои недостатки: батарея быстро выходит из строя, может взорваться, долго заряжается — каждый пункт мы рассмотрим по порядку.

Когда вы только покупаете свой девайс, его батарея активна на 96%, однако уже спустя около 100 циклов зарядки и разрядки эффективность батареи снижается до 50%. Почему? Дело в том, что ионы при движении постепенно изнашивают гладкую поверхность электродов. Между тем литиевые соли, которые входят в состав электролита, кристаллизируются на поверхности электродов, что приводит к закупоривания пор, а это в свою очередь блокирует доступ ионам, которые уже не могут быть поглощены электродом. Обычно изнашивание батареи называют «кулоновской эффективностью», которое состоит в определении разности количества электронов, выходящих из анода и входящих во время зарядки смартфона.

Существует также большой риск взрыва вашей батареи, так как со временем в ней накапливаются различные горючие растворители, и, если ваша батарея будет сильно нагрета, может произойти взрыв. Повышение температуры происходит в основном во время зарядки, когда поступает большое напряжение. Другими словами, если хотите продлить жизнь вашей батареи, заряжайте смартфоны зарядками с меньшим напряжением, но на всю ночь; а чтобы избавиться от горючих растворителей, разрядите девайс до выключения и затем зарядите его полностью до 100 процентов, однако, отметим, такой процесс не стоит проводить, когда вы только купили новый смартфон, литий-ионные батареи не требуют подобных действий. Плюс ко всему, многие считают, что, если оставлять батарею включенной в розетку, даже если телефон заряжен, это «якобы» вредит смартфону. Нет, смартфону это никак не навредит, конечно, существуют случаи, но шанс нанесения вреда очень мал.

Избегайте зарядки девайса при низких температурах, избегайте полной разрядки девайса, это плохо скажется на продолжительности жизни батареи. Старайтесь заряжать смартфон по достижении 40-50% оставшегося заряда.

А теперь плавно перейдем к теме будущего. Главные факторы, которые будут улучшаться, это: объем батареи, продолжительность её работы, безопасность, быстрота зарядки и длительный цикл жизни.

С нынешней литий-полимерной технологией улучшение материала анода позволит увеличить объем батареи и её цикл жизни, высокие показатели поглощения ионов позволят увеличить время зарядки, а более упругий материал анода также позволит увеличить цикл жизни батареи. Можно поразмышлять и над электролитом и уменьшением производственных затрат.

Северная Калифорния представила проект, который подразумевает замену нынешних растворителей на новый перфторполиэфир. Масла перфторполиэфира широко используются в смазках деталей, однако ученые считают, что перфторполиэфир способен заменить нынешние горючие растворители, более того, он выполняет свою работу еще лучше и поглощает соли электролита заметно эффективнее, то есть новые батареи будут безопасны и цикл их жизни будет велик.

Группа ученых Нангуангского технического университета представила батарею, которая имеет 10 тысяч циклов зарядки и разрядки, а также может быть заряжена до 70% всего за 2 минуты. Впечатляет, правда?

Вместо графита в качестве анода они взяли гель, состоящий из нанотрубок диоксида титана. Диоксид титана встречается в солнцезащитных кремах и достаточно дешев в изготовлении. К слову, он использовался в качестве анода и ранее, однако, благодаря гелю из нанотрубок, движение ионов заметно ускорилось, в связи с этим ускорился и процесс зарядки. Более того, гель более устойчив к воздействию ионов, отсюда и столь высокий показатель, равный 10 тысячам циклов.

Литий-анодные аккумуляторы хороши тем, что спустя даже 150 циклов они будут эффективными на 99 процентов. Однако при взаимодействии анода с электролитом он может взорваться, также после длительной эксплуатации анод может деформироваться, поэтому между анодом и электролитом ученые использовали слой углерода, который решил все проблемы.

Гибкие дисплеи уже не новшество, однако, когда вопрос заходит об аккумуляторах, многие производители заходят в тупик, ведь сегодня на рынке нет ни одного предложения для массового производства. Почему нельзя сгибать обычные батареи? — спросите вы. При сгибании обычных батарей они деформируются и передвижение ионов затрудняется, что приводит батарею в негодное состояние. Впрочем, нечто подобное удалось реализовать LG, выпустив LG G Flex 2. В новом смартфоне пластины хоть и не имеют изогнутой формы, но по всей задней части девайса расположены так, чтобы у вас не получилось их согнуть.

Китайская национальная лаборатория Шэньяна разработала ультратонкую батарею, которую можно ломать, сгибать как душе угодно, однако минус — очень небольшая ёмкость. Впрочем, разработка в этой области продолжается до сих пор.

Литий-серные батареи, согласно коллегам из androidcentral, уже проходят тесты и в ближайшем будущем пойдут в производство. Принцип их работы схож с литий-ионными, однако ёмкость батареи может быть заметно больше, также растворители не столь опасны.

Главной проблемой является нелинейная зарядка и разрядка девайса, другими словами, нужно работать ещё и над принципом зарядки подобных батарей.

Подобные батареи широко применялись во время первых электрокаров. Суть их в том, что в качестве катода мы имеем не что иное, как воздух, а точнее кислород. Конечно, применять в смартфонах подобные батареи нет смысла, однако в автомобилестроении идея может широко применяться, впрочем, ученые столкнулись с рядом проблем, включая быстрый износ батареи, а точнее, так как кулоновская эффективность очень мала, спустя несколько циклов батарея приходит в негодность.

Отличает их несколько факторов: их объём в 15 раз выше, чем у литий-ионных, цикл жизни в 5 раз выше, а заряжаются они на 70 процентов быстрее.

Какие выводы можно сделать? Развитие, безусловно, есть, не стоит думать, что теперь всю жизнь мы будем использовать лишь литиевые батареи, нет, технологии не стоят на месте, ученые на основе предыдущих знаний строят новые, и, кто знает, может, совсем скоро производители смартфонов удивят потребителей новым взглядом на развитие индустрии.

Взято с androidinsider.ru