Cum au evoluat bateriile smartphone-urilor

Adesea criticăm smartphone-urile moderne pentru timpul lor scurt de funcționare. Acum trăiesc o zi, maxim două - dar 20

cu ani în urmă, telefoanele mobile au rezistat până la o săptămână de utilizare activă.

O astfel de comparație este nedreaptă, pentru că nouăsmartphone-urile sunt mult mai avansate decât Nokia 3310 și consumă cu un ordin de mărime mai multă energie. Faptul că bateriile moderne le oferă o zi sau două de viață a bateriei este rezultatul deceniilor de cercetări și experimente științifice.

Evoluțiile recente dau speranță căViitoarele smartphone-uri vor oferi o durată de viață a bateriei mult mai lungă. Dar când se va întâmpla asta? Vă spunem cum au evoluat sursele de energie și ce inovații vor face posibilă realizarea unei descoperiri în autonomia smartphone-urilor.

Dispozitivul și principiul de funcționare al bateriei

Orice sursă de curent electric funcționeazăintr-un mod similar. Se bazează pe doi electrozi în contact cu un electrolit - o substanță capabilă să conducă o sarcină electrică datorită unei concentrații mari de ioni (cationi încărcați pozitiv și anioni încărcați negativ). Ca electrolit, acționează soluțiile de alcali, acizi sau săruri.

Anod încărcat negativ (plumb, cadmiu,zinc și alte metale) conține un agent reducător care donează electroni în timpul unei reacții oxidative. Acești electroni trec prin circuitul extern către un catod încărcat pozitiv (oxid de plumb, oxid de mangan și altele). Acolo participă la reacția de reducere a agentului de oxidare.

Când sunt conectate la electrozii de sarcină, aun circuit electric închis prin care circulă un curent de descărcare. Se formează prin mișcarea electronilor în piesele metalice și a anionilor cu cationi în electrolit.

Bateriile din primele dispozitive mobile

Primul telefon mobil din lume Motorola DynaTAC8000X a fost lansat în 1983 și era alimentat de o baterie cu nichel-cadmiu (Ni-Cd). Hidroxidul de cadmiu era anodul, iar hidroxidul de nichel era catodul. Ca electrolit a fost folosită o soluție alcalină.

Timpul de încărcare a unor astfel de baterii a ajuns la șaseore, în timp ce au oferit doar aproximativ o oră de viață a bateriei. De asemenea, bateriile Ni-Cd au fost supuse efectului de memorie - o scădere a capacității ca urmare a reîncărcării unei surse de alimentare incomplet descărcate. Din această cauză, a trebuit să le descarc complet și să le încarc. În caz contrar, timpul de funcționare nu ajungea nici măcar la o oră, iar bateria în sine s-a defectat rapid.

Gadget-uri

Publicitate

Robot aspirator 360 Botslab P7

Aspirator robot economic cu control vocal, capacitatea de a construi hărți de cameră și un timp de funcționare de până la 90 de minute, precum și curățare umedă.

360

Cafeaua de sâmbătă #247

Se toarnă o ceașcă de cafea parfumată de sâmbătă șivezi stirile saptamanii. Xiaomi și-a prezentat flagship, realme a adus un nou smartphone, un showroom cu dispozitive inteligente deschis la Moscova, iar legendara serie va reveni pe ecrane...

Testul Changan CS35 Plus. Crossover frumos și accesibil

Astăzi, la test, crossover-ul urban Changan CS35 Plus de la producătorul auto chinez, care este prezent pe piața noastră de mult timp, dar nu este la fel de activ ca concurenții săi...

Xiaomi Mi TV Q1 75: cel mai bun televizor Xiaomi

Puncte cuantice, suport pentru Dolby Vision și HDR10+, 1000 nits de luminozitate, 30 wați audio și multe altele. Cel mai scump și avansat televizor de la Xiaomi.

La conectarea sarcinii Ni-Cd, bateriile s-au încălzit rapid. În plus, erau mari și grele, ceea ce a devenit o problemă cu dimensiunea micșorată a telefoanelor mobile.

Bateriile nichel-hidrură metalică (Ni-MH) au fost proiectate pentru a elimina aceste deficiențe. În locul hidroxidului de cadmiu, rolul anodului este îndeplinit de un aliaj de hidrură de metal nichel-lantan sau nichel-litiu.

În comparație cu Ni-Cd, un nou tip de bateriea oferit putere și densitate de energie mult mai mare. Ultimul punct a făcut posibilă reducerea dimensiunii bateriilor Ni-Mh, mărind în același timp capacitatea.

Un astfel de set de caracteristici a făcut Ni-Mhsoluție atractivă pentru telefoane mobile. Cu toate acestea, au existat și dezavantaje: astfel de baterii erau încă foarte fierbinți și adesea „umflate”. Au fost, de asemenea, supuse efectului de memorie. Cu toate acestea, au fost populare până la începutul anilor 2000, când la orizont a apărut o nouă tehnologie.

Trecerea la Li-ion

Brevetul bateriei litiu-ion a fostînregistrată de omul de știință american Manly Whittingham în 1970. Acesta a propus utilizarea unui anod de grafit și a unui catod de oxid de litiu. Între ele era amplasat un separator poros, care permitea trecerea ionilor de litiu și împiedica contactul electrozilor.

În 1985, japonezul Akira Yoshino s-a dezvoltatelectrozi eficienti pentru astfel de baterii. A fost folosit un substrat de folie de cupru pentru anod și folie de aluminiu pentru catod. Prima baterie Li-ion în serie a fost lansată de Sony în 1991.

Trecerea la o nouă tehnologie a crescut semnificativ densitatea de energie și, de asemenea, a salvat bateriile de la un efect de memorie pronunțat. Un alt plus a fost reducerea timpului de încărcare.

Primele baterii Li-ion aveau energiedensitate 100 W*h/kg. De atunci, au existat multe optimizări tehnologice, experimente cu materiale și layout - iar astăzi avem baterii cu o densitate de 300 Wh/kg.

Forma bateriilor s-a schimbat și ea pentru a maximizautilizați spațiul eficient. Așadar, iPhone 11 Pro Max, lansat în 2019, a primit o baterie în formă de L cu o capacitate de 3969 mAh. Pentru comparație, iPhone XS Max a folosit o baterie de două celule, a cărei capacitate totală era de doar 3174 mAh.

Ei experimentează și cu diferite materiale.De exemplu, în locul unui anod de grafit, au început să fie folosiți anozi de siliciu-oxigen, capabili să stocheze de patru ori mai mulți ioni de litiu. Primul smartphone cu o astfel de baterie a fost Xiaomi 11 Ultra în 2021.

Astăzi se găsesc baterii de 5000 mAhchiar și în smartphone-uri ieftine. Astfel, dezvoltarea bateriilor Li-ion continuă. De exemplu, grosimea separatorului, precum și substraturile metalice ale anodului și catodului, scade treptat. Toate acestea fac celulele bateriei mai mici, menținând în același timp capacitatea.

A existat o problemă acută cu compactarea aspectuluiIncalzi. Bateriile moderne Li-ion sunt eficiente în proporție de 95%. Restul de 5% din energie este transformat în căldură. La prima vedere, acest lucru nu este mult - dar cu erori de inginerie, chiar și o astfel de încălzire poate deteriora bateria.

O altă problemă cu bateriile Li-ion estedegradare treptată - în 2 ani, o baterie Li-ion își pierde în medie 10% din capacitate, chiar dacă nu este folosită. Durata medie de viață a unor astfel de baterii este de 5 ani, după care trebuie să fie dispune – și este foarte greu.

Cu toate acestea, acești parametri sunt mult mai buni decâtbaterii vechi de 10 ani. Prețul bateriilor Li-ion a scăzut și el: dacă în 2010 1 kWh costa 1.183 USD, astăzi costă doar 130 USD. Și în comparație cu 1991, scăderea prețului a fost de 97% - apoi 1 kWh a costat 3.000 de dolari.

Telefoane

Publicitate

Am folosit un smartphone cu o baterie de 10.000 mAh timp de o săptămână. Ce concluzii au făcut

Astăzi la test UMIDIGI Power 7 Max. Acesta este un smartphone cu...

UMIDIGI

Ghidul cumpărătorului. Comparați Samsung Galaxy A54 5G și Galaxy A53 5G.

Există ceva despre Galaxy A54 5G care să justifice diferența de preț de 10.000 USD? Ne uităm la două modele, le evaluăm capacitățile.

Luni # 2: Mini PC de 14.000 USD care acceptă monitoare 4K duale

Plus o aplicație de podcast AI și reflecții despre prezentarea Samsung Galaxy S23 Ultra.

Experiență cu Ninebot‑Segway KickScooter E25a

Cât de confortabil este să mergi în afara orașului, argumente pro și contra, sfaturi pentru potențialii cumpărători de scutere electrice...

Ce urmeaza

O tehnologie care ar putea vedea lumina zilei în următorii ani sunt bateriile cu litiu-sulf. Designul lor este similar cu litiu-ion, dar în loc de grafit, se folosește sulful în catod.

Potrivit oamenilor de știință, această descoperire va permite creareabaterii cu o densitate de energie de până la 400-500 wați-oră per kilogram de masă. Acesta este de aproximativ de două ori mai mare decât bateriile moderne litiu-ion.

Acum astfel de baterii nu sunt capabile să rezisteun număr mare de reîncărcări. O altă problemă în modul de distribuție a acestora este compatibilitatea slabă cu electroliții existenți, ceea ce reduce puterea și densitatea energiei. Cu toate acestea, acest lucru se poate schimba în curând.

În 2021, oamenii de știință japonezi dezvoltat electrolit solid pentru baterii cu litiu-sulf.Primele experimente au arătat o creștere semnificativă a densității de energie, dar noul material s-a oxidat rapid și și-a pierdut proprietățile cu fiecare ciclu de încărcare ulterior.

Acest lucru a fost corectat prin adăugarea de nanoparticule de atomi de carbon și diferite săruri de litiu la electrolit. Ca urmare, oxidarea a încetinit, ceea ce a protejat-o de distrugerea ulterioară.

Experimente ulterioare au dus la un neașteptat deschidere. Oameni de știință de la Universitatea DrexelPhiladelphia a creat accidental o formă de γ-sulf care este stabilă la temperatura camerei. Catodul bazat pe acesta a rezistat la mii de cicluri de încărcare-descărcare fără o scădere a performanței chiar și după un an. Deși astfel de evoluții sunt în stadiile incipiente de dezvoltare, așa că este puțin probabil să vedem implementarea lor comercială.

O altă direcție promițătoare este bateriile cuelectrolit în stare solidă. Ele nu numai că oferă o capacitate mare, dar elimină și unul dintre motivele degradării bateriilor Li-ion - depunerea de litiu metalic în structuri asemănătoare arborilor (dendrite) de la anod la catod. Ele străpung separatorul și pot provoca un scurtcircuit.

În plus, electrolitul în stare solidă va facebaterii rezistente la temperaturi negative. Acum bateriile Li-ion funcționează eficient într-un interval de temperatură destul de îngust - de la 0 ° C la + 35 ° C.

La temperaturi scăzute, vâscozitatea lichiduluielectrolitul crește brusc, iar capacitatea de transport a ionilor de litiu devine dificilă. Ca urmare, bateria se descarcă rapid. Utilizarea unui electrolit în stare solidă va elimina această problemă.

Producătorii lucrează în prezent labaterii de acest tip. În martie, Xiaomi a introdus prima sa baterie cu stare solidă cu o densitate record de energie de 1000 Wh/L. Pentru comparație, bateriile Li-ion actuale au o capacitate de 693 Wh/l. Poate că noua dezvoltare va găsi aplicație în smartphone-uri încă din 2024.

În 40 de ani, bateriile din telefoane au parcurs un drum lung de la celule uriașe care se încarcă în 6 ore și dau doar o oră de funcționare, la baterii subțiri cu o capacitate de 5000 mAh, reîncărcând încărcarea în jumătate de oră.

În viitor, s-ar putea să vedem smartphone-uri la înălțimeasăptămâni, iar înainte de asta va trebui să vă amintiți să le puneți la încărcare cel puțin o dată pe zi. Cu toate acestea, pentru majoritatea aceasta nu este o problemă, iar tehnologiile de încărcare rapidă fac viața mult mai ușoară.

Mobile-review.com Bateria într-un smartphone - mituri, concepții greșite, cum să încărcați și ce să faceți

Despre baterii și mituri din jurul lor; cum funcționează bateriile, ce este important și la ce nu te poți uita; modul în care bateriile se uzează încărcarea rapidă și impactul acesteia

Configurarea unui smartphone Android pentru o viață maximă a bateriei

Cum să vă configurați corect smartphone-ul astfel încât să funcționeze mult timp de la fiecare încărcare. Sfaturi și aplicații simple pentru baterie...