От зарядки до зарядки

В последнее время развитие аккумуляторов портативных устройств зашло в тупик. Производители не пытаются создавать инновационные решения, вместо этого они оснащают свои девайсы аккумуляторами большей емкости либо выпускают какие-то дополнительные аксессуары, как сделала Apple, официально запустив в продажу чехол с встроенной батареей.

Увеличение аккумулятора или дополнительные чехлы напрямую влияют на толщину устройства и его восприятие пользователем. При этом с уменьшением размеров плат и чипов внутри корпуса остается много места, которое как раз и занимает аккумулятор. Из-за этого борьба за толщину устройств упирается в развитие батарей.

Первые телефоны использовали никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы. Несмотря на свои плюсы вроде большого ресурса и высокой токоотдачи, они обладали низкой удельной емкостью (45—65 Втч/кг).

Кроме того, этот тип батарей подвержен эффекту памяти: при зарядке не до конца разряженного аккумулятора его напряжение снижается, что ведет к потере емкости.

По этим причинам от Ni-Cd-аккумуляторов отказались в пользу никель-металл-гидридных (Ni-MH) батарей, которые меньше подвержены эффекту памяти и имеют большую удельную емкость (60—72 Втч/кг). Минусом же можно назвать малый срок службы — примерно 200—500 циклов. Однако устройства с таким типом аккумулятора выпускались до конца ХХ века.

Но прорывом в области аккумуляторостроения стал представленный компанией Sony в 1991 литий-ионный аккумулятор (Li-Ion), который остается одними из самых популярных и по сей день. Благодаря его сбалансированным характеристикам, этот аккумулятор остается одними из самых распространенных.

На данный момент Li-Ion-аккумуляторы имеют удельную емкость до 240 Втч/кг, что в несколько раз больше, чем у предшественников, они практически не подвержены саморазряду, но срок службы составляет более 600 циклов. Эффект памяти присутствует, но он проявляется только при частых циклах неполного разряда и заряда. Конечно, не стоит забывать о том, что высокая химическая активность лития приводит к тому, что при определенных условиях он способен воспламениться.

Вместе с Li-Ion-аккумуляторами недюжинной популярностью обладают и литий-полимерные (Li-Po). Отличие заключается в том, что Li-Po-аккумуляторы можно делать любой формы, включая гибкие. Плюсы и минусы у обоих типов батарей схожи: не самый впечатляющий срок службы и «смерть» после глубокого разряда. Кроме этого, они менее токсичны, чем Li-Ion-собратья, и более безопасны.

Повреждения могли стать причиной «взрывных» сюрпризов от Li-Po-аккумуляторов

То есть те аккумуляторы, что используются в смартфонах и планшетах по сей день, появились, грубо говоря, более 20 лет назад.

Нынешние разработки двигаются в нескольких направлениях, но пока нет ни одного решения, которое было бы полностью сбалансированным по всем характеристикам и при этом на голову выше литий-полимерных и литий-ионных.

Так, серебряно-цинковые батареи, которые активно используются в военной и космической технике, абсолютно безопасны и не загрязняют окружающую среду. Также они обладают внушительной удельной емкостью (в теории до 425 Втч/кг) и имеют высокую токоотдачу (до 50 ампер на 1 ампер-час емкости). Однако они обладают высокой стоимостью и выдерживают до 100 циклов заряда / разряда.

В Стэнфордском университете разрабатываются алюминиево-ионные (Al-Ion) аккумуляторы. Они, как и Li-Po-аккумуляторы, могут принимать абсолютно любую форму, способны заряжаться за несколько минут и имеют колоссальный срок службы (более 7,5 тыс. циклов). Но низкое выдаваемое напряжение в 2 вольта против 3,6 вольта у Li-Ion-батарей и удельная емкость в 140 Втч/кг пока не позволяют использовать эти батареи повсеместно.

Еще одной разработкой стали литий-серные (Li-S) аккумуляторы. Их энергоемкость вдвое превышает последнюю у литий-ионных. Кроме этого, они выдерживают хороший срок службы (1,5 тыс. циклов заряда), при этом практически не теряя максимальной мощности. Тем не менее необходимость доработки и тестов в сложных условиях (влажность, температура) пока не дают выйти Li-S-аккумуляторам на рынок.

Конечно, основная причина продолжающейся эксплуатации литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов происходит вовсе не оттого, что нет технологий. При активном желании производители могли бы попытаться ввести в оборот нечто инновационное, а не выпускать чехлы и переносные батареи с теми же литий-ионными компонентами.

С другой стороны, это бы потребовало долгих тестов и перестройки всего процесса производства аккумуляторов на работающей как часы фабрике. Поэтому крупным игрокам рынка мобильных устройств это совсем не на руку.

Оставить комментарий

Ваш комментарий будет опубликован после модерации.