Галас з горінням і вибухами Samsung Galaxy Note 7 остаточно підтвердила: смартфонам нові технології батарей. Індустрія покладає великі надії на розроблювані і готуються до пуску виробництва акумулятори твердотільного типу. Наступне покоління функціонує за тим же принципом, що і літій-іонні батареї, тільки замість рідкого проводить струм складу застосовує твердий. Але чи настільки райдужна і близька перспектива?
Передумови та причини змін
Причин, за якими Li-ion батарей підшукують заміну, чимало.
1. Рідинний або гелевий електроліт при перегріванні реагує і легко запалимо. Через пошкодження структури пристрою, до якого призводять занадто швидка зарядка і інші чинники, відбуваються самозаймання техніки. Це небезпечно, так як літій-іонні батареї горять інтенсивно і складно піддаються гасінню. Потрібні більш стабільні акумулятори.
2. Традиційні батарейки вміщають малу кількість енергії, що не відповідає потребам сучасної Техніки. Щоб зробити смартфон автономніше, доводиться ставити більшу батарею, що конфліктує з бажанням зменшувати габарити девайсів.
3. Li-ion досить швидко втрачає корисну ємність. Деградацію прискорює чутливість до високих температур навколишнього середовища і зарядки, повна розрядка і навіть лежання без діла. Він починає гірше тримати заряд і через пару років вимагає заміни.
4. Літій-іонні батареї вимагають два-два з половиною години для досягнення повного заряду, а в гіршому випадку можуть не впоратися і за ніч. Девайси з технологією швидкої зарядки здатні на півгодинний подвиг, але при несправності загрожують «горіти синім полум'ям».
Читайте також: 22 новинки смартфонів 2017. Частина 1
Розвиток ідеї
Твердотільні акумулятори вже давно використовуються в вузькоспеціалізованому обладнанні, але потребують переробки технології для застосування в смартфонах і інший споживчій електроніці.
Творець літій-іонної батареї Джон Гуденаф, незважаючи на поважний вік, активно бере участь в пошуках оптимального варіанту твердотільного акумулятора.
Співпрацюючи з колегами з Техаського університету в Остіні, він конструює батареї із застосуванням лужного металу (літію або натрію) для позитивного електрода і електроліту зі скла замість рідини. Обіцяють, що це будуть найбезпечніші і дешеві, зі швидкісною зарядкою, що акумулюють в 5-10 разів більше енергії і працюють в екстремальних мінуси пристрою.
Різні команди вчених експериментують з матеріалами для електродів і проводить складу: одні працюють над магнієвими батареями, інші заморожують рідина, треті вводять в рідкий електроліт стабілізуючі органічні добавки.
Основні переваги твердотільних акумуляторів
У батарей твердотільного типу є цілий список плюсів перед звичайними літій-іонними акумуляторами.
1. Стабільність, що не займистість: тверда речовина менш схильне до хімічних реакцій, ніж рідина. Витік електроліту не відбудеться, а значить така батарея не вибухне від заводського браку або ушкодження.
2. Довговічність, що також випливає з попереднього пункту. Акумулятори розряджаються і зношуються повільніше, через пару років не починають гірше тримати заряд і не вимагають заміни, можуть спокійно експлуатуватися близько 10 років.
3. Менше часу на зарядку: в 6 разів швидше батарей з рідиною або гелевим електролітом, а це хвилини до повного заряду замість годин.
4. Подвійна ємність і підвищена щільність енергії: на ті ж габарити батарейки з твердим проводять речовиною доводиться більше енергії, ніж з рідким. Все тому, що щоб уникнути замикання між електродами в звичайних батареях використовуються спеціальні бар'єри, що займають певне місце. Тверді моделі немає необхідності оснащувати сепаратором подібного розміру – використовується елемент приблизно в сім разів тонше (до 4 мікрони проти до 30 мікрон). Економія вже на одному цьому факторі дозволяє помістити в акумулятор подвійний об'єм енергії в порівнянні з Li-ion.
5. Щодо стандартних батарей, твердотільні легко зменшити в розмірах, плюс в перспективі їх простіше робити гнучкими.
Недоліки твердотільних акумуляторів
При всіх вищеописаних плюсах, у твердотільних батарейок є і неприємні особливості, які розробники намагаються побороти.
Першочергова проблема нового типу акумулятора в низькій провідності: рух іонів через твердий електроліт утруднено в порівнянні з рідиною. Через це твердотільні батареї не можуть забезпечити високу напругу.
Наприклад, на ринку вже є комплектуючі обговорюваного виду – в основному, це літій-полімер. Вони компактні, найлегші, що гнуться і проти іонних, що здаються не дотягнувши до тисячі перезаряджень, через 40 тисяч циклів підзарядки зменшуються в потужності лише на 1/20. Але проблеми з низькою проводить здатністю і корисної ємністю перешкоджають широкому використанню літій-полімеру в техніці та електроніці.
Читайте також: 22 новинки смартфонів 2017. Частина 2
Ще один недолік – висока собівартість виробництва. Як і будь-яка новинка, деякі перспективні види твердотільних акумуляторів спочатку обходяться дорожче традиційних.
Перспективи використання твердотільних акумуляторів в мобільних телефонах
Твердотільні акумулятори застрягли на етапі розмов – до практики справа не доходить, так як технологія сирувата. Хоча ще два роки тому дослідники з MIT і Samsung заявляли, що вже побороли ту найголовнішу біду твердого електроліту – низьку швидкість просування іонів.
Один з голів Samsung SDI дав інтерв'ю The Korea Herald, в якому повідомив, що підрозділ близько підійшло до випуску твердотільних батарей. Корейський концерн буде технологічно готовий до цього в наступні пару років.
За словами респондента, телефони першими отримають твердотільні батареї, а до 2025 року, після ретельних перевірок, акумулятор з твердим проводять речовиною почнуть застосовувати і в електромобілях.
За даними компанії, що конкурує БРЕНД – LG CHEM – настільки ж просунувся по частині технологій створення твердоелектролітних Акумуляторів. САМІLG відкидають можливості заміни Li-ion твердотільної батареєю, але і не коментують терміни.
Експерти вважають, що до повноцінних твердоелектролітних акумуляторів для телефонії ще мінімум п'ять років, але в іншій техніці, електроніці і гаджетах можна очікувати вже через рік. Виробники напевно захочуть випробувати новинку на менш серйозною апаратурі.
Читайте також: Як вибрати смартфон: покрокова інструкція
Хоча літій-іонні акумулятори недостатньо потужні, швидко деградують, довго заряджаються і здатні за певних умов ворожо спалити будинок , поки ніщо не може замінити їх в електроніці мас-маркету. Переваги твердотільної батареї, на жаль, залишаються на папері. Але, якщо вірити підсумками свіжих досліджень, акумуляторна революція не за горами.
Відео по темі: