Почему SiC-батарейки не сделают смартфоны лучше
Мы иногда переводим статьи с иностранных ресурсов, которые кажутся нам интересными. Сегодня мы предлагаем вам статью китайского портала ITHome — о кремний-углеродных аккумуляторах, том, как благодаря новой технологии увеличиваются ёмкости батарей и том, почему это не поможет смартфонам стать лучше. Приятного чтения :)
Введение
У флагманских смартфонов этого года есть одна выдающаяся особенность — большая ёмкость аккумулятора. За исключением нескольких базовых моделей, она достигла 5500-6500 мАч, а у некоторых даже превысила 7000 мАч. Для сравнения, в последние несколько лет ёмкости аккумуляторов были в диапазоне 4500-5500 мАч, так что прирост заметен невооружённым глазом. Однако, некоторые пользователи говорят, что время автономной работы всё ещё не очень хорошее. Комментаторы пишут: «Три-четыре года назад батареи 4000 работали так же, как нынешние 5000 и 6000». То есть батареи растут, а автономность нет? Давайте разберёмся, как производители увеличивают аккумуляторы и почему это не помогает.
Как увеличиваются аккумуляторы
Большинство свежих флагманов получили батареи 5500-6000 мАч, некоторые модели — 6000-6500 мАч, а у Red Magic 10 Pro — больше 7000 мАч. И рост не будет прекращаться: инсайдеры пишут, что флагманы следующего года будут иметь аккумуляторы 6500-7000 мАч. Модели среднего класса не будут отставать, там тоже будут аккумуляторы около 7000 мАч. Получается, что ещё несколько лет назад батареи 5000 мАч казались гигантскими, а в следующем году 7000 мАч станут норму. Кажется, будто мы обрели какие-то «инопланетные технологии».
Но производители и не скрывают причины, почему ёмкости аккумуляторов так скакнули — это связано с переходом на кремний-углеродные аккумуляторы с отрицательным электродом (мы используем термины, принятые в оригинальной статье — прим. ред.). Базовая структура литиевых батарей, которые чаще всего используются в смартфонах, включает положительный электрод, отрицательный электрод, полимерный сепаратор и электролит. Основным материалом для отрицательного электрода является графит, то есть углерод.
Графит был выбран потому, что он имеет очень правильную регулярную структуру, его нелегко расширить или растрескать, а также его очень много производится и он дёшев. Но есть его и недостаток: он плохо поглощает ионы лития. Максимальная теоретическая ёмкость составляет 370 мАч/г, и этот лимит уже практически достигнут.
Суть зарядки и разрядки аккумулятора заключается в хранении и высвобождении электрической энергии посредством миграции ионов лития между положительными и отрицательными электродами. Чем больше ионов лития можно разместить, тем больше мощность. Но возможности графита в этом явно ограничены. Исследователи возложили свои надежды на кремний: он обладает гораздо большей адсорбционной способностью для ионов лития с максимальной теоретической ёмкостью выше 3500 мАч/г.
Но хотя кремний — штука хорошая, «жадничать» нельзя, потому что объём соединения кремния и лития примерно в 4 раза больше, чем объём кремния и лития по отдельности. Из-за этого аккумулятор будет увеличиваться в размерах при зарядке и попросту взорвётся. В качестве решения производители придумали смешивать небольшой количество кремния с графитом, чтобы сформировать кремний-углеродный материал отрицательного электрода, параллельно развивая технологии, которые бы подавили его расширение и растрескивание.
В смартфонах этого года доля кремния в электроде составляет около 6%. Это немного, но производителям уже приходится идти на разные хитрости для контроля стабильности кремния. Xiaomi сделала бионическую самовосстанавливающуюся эластичную плёнку, а Vivo использовала полутвёрдый электролит. (Прим. ред.: насколько эти решения эффективны и действительно обеспечивают безопасность пользователя, остаётся только гадать.)
Каковы же преимущества батарей с кремний-углеродным отрицательным электродом? Главное — это, конечно, ёмкость. Даже при концентрации кремния 6% она растёт очень сильно. Например, в OnePlus Ace 3 Pro батарейка выросла с 5000 мАч до 6100 мАч. то есть 6% кремния увеличили ёмкость аккумулятора на 23,1%. При этом по размеру батарейка даже меньше, пусть и всего на 3%. То есть кремний-углеродный аккумулятор предложил бОльшую ёмкость в меньшем размере. Производители всегда о таком мечтали, и батареи с добавлением кремния в отрицательный электрод в определённой степени воплотили их мечту.
Не следует игнорировать и тот факт, что у кремний-углеродных батарей есть и другое преимущество — устойчивость к низким температурам. Зимой, в холодную погоду, время автономной работу у кремний-углеродных аккумуляторов будет относительно продолжительным, чего не могли гарантировать батареи с полностью графитовым отрицательным электродом.
Как и у любой другой технологии, помимо преимуществ есть и недостатки. Во-первых, кремний-углеродные батареи пока уступают классическим по количеству циклов перезарядки, которые они выдерживают без проблем. У большинства батарей с графитовым электродом оно более 1000, но у кремний-углеродных — лишь около 500. Во-вторых, из-за риска увеличения объёма кремния и структурных повреждений аккумулятора, батареи нового типа хуже поддерживают быструю зарядку. О 200 Вт можно не мечтать, предел — около 120 Вт. Лэй Цзюнь прямо ответил, когда его спросили, почему в Xiaomi 15 Pro не 120 Вт: «Если бы использовали 120 Вт, плотность батареи была бы ниже».
Как не увеличивается автономность
Но почему, несмотря на рост ёмкости аккумулятора, смартфоны не стали работать дольше. Это связано, в первую очередь, с усложнением программного обеспечения. Количество сервисов, в том числе фоновых, и прожорливость каждого из них только растут. Софт стремится выжать всю производительность всю железа, поэтому каким бы хорошим они ни было, оно не победит программное обеспечение.
Чем больше батареи, тем больше разработчики не будут утруждать себя оптимизацией энергопотребления. Плюс производительность железа в смартфонах тоже стремительно растёт — и сколько бы мощности у процессора ни было, программное обеспечение съест всё. Производительность, улучшенная аппаратным обеспечением, быстро расходуется программным обеспечением — и то же происходит с батареями.
Безусловно, современные смартфоны с батареями на 6500 мАч предлагают бОльшую автономность, чем прежние с батареями на 4000 мАч. Но действительно не настолько, насколько ожидаешь, глядя на цифры. Помимо ПО, модем, экран с герцовкой, чип и многое другое влияют на время работы мобильных телефонов. Они развиваются, оказывают давление батарею, сокращая время работы, но это приемлемо. В конце концов, их улучшения не только потребляют энергию, но и улучшают качество работы.
Впрочем, некоторые программы прожигают ресурсы аккумулятора действительно впустую. И если разработчики не будут уделять внимание оптимизации, то время автономной работы смартфонов, конечно, будет становиться лучше, но намного медленнее, чем нам хотелось бы
