Чому смартфони досі доводиться заряджати щодня: технологія, яка може це змінити

Смартфони стали в рази потужнішими, але заряджати їх усе ще доводиться майже щодня. Вирішення проблеми вже з’явилося — і поступово добирається до масового ринку.

За останні два десятиліття смартфони замінили фотоапарати, музичні плеєри, навігатори, банківські картки та десятки інших пристроїв. Продуктивність мобільних процесорів зросла у багато разів, екрани стали яскравішими, а камери навчилися записувати відео у 4K. Проте одна характеристика змінилася набагато менше — час автономної роботи.

Причина не в тому, що акумулятори зовсім не розвиваються. Просто одночасно зі збільшенням їхньої ємності смартфони отримують дедалі потужніше обладнання та нові функції, які споживають додаткову енергію.

Фахівчиня з акумуляторних технологій Селіна Міколайчак, яка раніше працювала з батареями в Tesla, Panasonic та інших компаніях, пояснює цю ситуацію постійним зростанням енергетичних потреб електроніки. Сучасний смартфон виконує завдання, які ще два десятиліття тому вимагали окремого комп’ютера, тому покращення батарей частково «з’їдається» новими можливостями пристроїв.

Китайські смартфони вже перейшли на нові батареї

Однією з найпомітніших змін останніх років стало поширення кремній-вуглецевих акумуляторів. Їхня головна перевага полягає у збільшенні кількості енергії, яку можна розмістити в батареї того самого фізичного розміру.

У традиційних літій-іонних елементах анод переважно виготовляється з графіту. Додавання кремнію дозволяє зберігати більше іонів літію, а отже — збільшувати енергетичну щільність без необхідності робити смартфон значно товстішим.

Результати вже добре видно на серійних пристроях.

Наприклад, OnePlus 15 отримав кремній-вуглецевий акумулятор ємністю 7300 мА·год. Виробник заявляє до 31 години відтворення відео, а повне заряджання потужністю 120 Вт займає приблизно 39 хвилин.

Особливо корисною нова технологія стала для складаних смартфонів, де вільного простору всередині корпусу ще менше. У HONOR Magic V5 використовується батарея з часткою кремнію до 15%, що дозволило встановити акумулятор на 5820 мА·год у корпусі товщиною лише 8,8 мм у складеному стані.

У новішому HONOR Magic V6 частка кремнію вже досягає 25%, а щільність енергії — до 921 Вт·год/л. Завдяки цьому виробник зміг розмістити в тонкому складаному корпусі батарею на 6660 мА·год.

Схожий підхід використовує OPPO. Батарея Find N5 має ємність 5600 мА·год і товщину лише 2,1 мм. Компанія пояснює такий результат використанням кремній-вуглецевого анода з приблизно 10-відсотковим вмістом кремнію.

Чому всі виробники не перейшли на них одразу

Кремній має і недолік: під час заряджання він значно сильніше змінює свій об’єм, ніж графіт. Це створює додаткове механічне навантаження всередині елемента і ускладнює забезпечення стабільної роботи протягом сотень циклів.

Саме тому виробники не просто замінюють графіт чистим кремнієм, а використовують складні композитні матеріали та поступово збільшують його частку.

Великі виробники смартфонів також дуже обережно ставляться до зміни хімії акумуляторів через вимоги до безпеки, довговічності та величезні обсяги виробництва. Технологія, яка добре працює у кількох мільйонах пристроїв, повинна залишатися стабільною, коли йдеться вже про десятки або сотні мільйонів смартфонів.

Тому кремній-вуглецеві батареї сьогодні найактивніше використовують китайські бренди, тоді як частина найбільших світових виробників переходить на нову технологію значно повільніше.

А поки батарею краще не тримати постійно на 100%

Навіть без нового смартфона користувач може дещо уповільнити деградацію акумулятора.

Найбільшим ворогом літій-іонної батареї є висока температура та тривале перебування при дуже високому рівні заряду. Дослідження комерційних літій-іонних елементів показують, що робота у високому діапазоні State of Charge прискорює деградацію порівняно з використанням нижчих рівнів заряду.

Окремі експерименти також демонстрували, що заряджання лише до приблизно 80% може бути кориснішим для ресурсу елемента, ніж тривале перебування на максимальній напрузі.

Саме тому сучасні iPhone, Samsung Galaxy та смартфони інших брендів отримують функції обмеження заряджання або адаптивного заряджання.

Це не означає, що батарею категорично не можна заряджати до 100%. Якщо попереду довга поїздка, повний заряд цілком логічний. Але при щоденному доступі до зарядного пристрою обмеження приблизно до 80–90% може зменшити навантаження на акумулятор у довгостроковій перспективі.

Важливо також стежити за нагріванням. Саме поєднання високого рівня заряду та підвищеної температури є особливо несприятливим для літій-іонних батарей.

Тож найближчий великий стрибок автономності смартфонів, схоже, відбудеться не завдяки якомусь одному революційному винаходу. Кремній-вуглецеві елементи вже дозволяють встановлювати батареї на 6000–7000 мА·год у корпуси, де ще кілька років тому поміщалося близько 5000 мА·год. І якщо ця технологія стане стандартом у всіх цінових сегментах, звичка ставити телефон на зарядку щоночі нарешті може почати зникати.