Батарея смартфона, нові технології і можливості їх реалізації для звичайного користувача мобільними пристроями

Новини про кардинальне удосконалення сучасних батарей або заміні їх на абсолютно новий тип акумуляторів, стали фігурувати в пресі з моменту появи потужних і вимогливих до енергії смартфонів. Але, тим не менше, всі сучасні смартфони як і раніше оснащуються або літій-іонними батареями, винайденими ще на початку 90-х років минулого століття, або їх злегка вдосконаленими версіями - літій-полімерними акумуляторами.

На даний момент є кілька варіантів поліпшення сучасних літій-іонних батарей. Поки всі вони доступні лише як концепції, поодинокі прототипи або наукові досліди в університетах, але перспектива на їх впровадження все ж є.

Підзарядка батареї через екран

Це, мабуть, самий незвичайний спосіб. Вчені з університету штату Мічиган запропонували вбудовувати прозорі сонячні батареї прямо в екран смартфона. Шанс на масове використання цього методу мінімальний при поточному розвитку цієї технології. ККД прозорих сонячних батарей, що поглинають тільки невидиме сонячне випромінювання (ультрафіолетове і інфрачервоне) всього 1%. У традиційних сонячних батарей ККД - 25%. На даний момент, дослідники, які придумали ці прозорі батареї, хочуть підвищити їх ККД хоча б до 5%.

Тривимірні аноди і катоди

В сучасних літій-іонних батареях використовуються плоскі аноди і катоди. Якщо традиційні анод і катод замінити на об'ємні структури - сульфід нікелю і діоксид літій-марганцю, відповідно, то можна отримати приріст ємності в 10-100 разів. Говорячи «об'ємні» або «тривимірні» аноди і катоди, вчені мають на увазі структури товщиною всього в десятки нанометрів, але цього вже достатньо для такого масштабного збільшення ємності акумулятора. Цей тип батарей хоч і реальний в перспективі, але якщо і з'явиться на масовому ринку, то тільки через кілька років. За останні два роки було опубліковано кілька наукових статей на цю тему, і, на жаль, розробка об'ємних анодів і катодів знаходиться ще на ранній стадії.

Самовідтворюваними акумулятори

Літій-іонних батарей вистачає приблизно на два-три роки повноцінної роботи. Після цього вони починають втрачати ємність. Вся справа в тому, що електроди з часом покриваються мікротріщинами. Цей процес неминучий. Навіть якщо акумулятор не використовувалася жодного разу, через 2-3 роки його ємність також почне падати. Тому, при покупці батареї варто звертати увагу на дату її виготовлення. Вчені зі Стенфордського університету пропонують покривати електроди літій-іонних батарей полімерним матеріалом з наночастинками графіту. Цей матеріал не дасть електродів руйнуватися за допомогою мікротріщин і має властивість самовідновлення, так що мікротріщини безпосередньо на полімерному шарі будуть затягуватися самостійно. Але, на жаль, ніяких наукових експериментів або статей на цю тему з 2013 року в пресу не просочувалося.

Швидкість зарядки

Науково доведено, що літій-іонні батареї можливо зарядити миттєво. Але це лише в лабораторних умовах. І це, напевно, найпопулярніший серед користувачів варіант удосконалення акумуляторів. Але варто трохи прояснити ситуацію - чому так швидко зарядити батарею в домашніх умовах досить проблематично.
Наприклад, батарею ємністю 3000 мАг можна зарядити за годину силою струму в 3 А. Щоб зарядити цей же акумулятор, скажімо, за 1 хвилину, потрібно сила струму в 180 А. При такій силі струму провід зарядного пристрою повинен бути мінімум в 9 мм діаметром. Та й перетворювач струму в вашій зарядці повинен бути розміром із зварювальний апарат, щоб зуміти згенерувати 180 А при напрузі в 3.7 В (зараз це фіксоване значення для більшості літій-йонних батарей). Як альтернатовное рішення можна збільшувати напругу, але там все ще складніше. Сучасні елементи живлення просто не можуть використовувати настільки високі напруги, щоб зарядити акумулятор в лічені секунди.

Нові типи акумуляторів

Також існують концепції по повній зміні типу батарей з літій-іонного на нові більш сучасні. Для заряджаються батарей самим переспективний виглядає проект про розробку графенових батарей. Іспанська компанія Graphenano випустила робочий прототип батареї, а в 2018 році планує їх масовий випуск для електромобілів. Характеристики таких батарей значно краще літій-іонних, а їх виробництво навіть дешевше. Але використання таких батарей в найближчі роки для мобільних пристроїв не представляється можливим через великих габаритів.
Більш «футуристичний» варіант заміни літій-іонних батарей - радіоізотопний термоелектричний генератор. Це навіть не підзарядна батарея, а джерело живлення, якого повинно вистачити смартфону на кілька років або навіть десятиліть. Простіше кажучи, це атомна енергія, що отримується при напіврозпаду ізотопів, перетворювати в електрику. Але такі батареї дуже дорогі у виробництві і знаходяться під обмеженнями в багатьох країнах світу.
водневі картриджі