Эта музыка будет вечной, или Ждёт ли нас аккумуляторная революция

Автор: Павел Урусов, 11 марта 2014, 01:00
Эта музыка будет вечной, или Ждёт ли нас аккумуляторная революция
Эта музыка будет вечной,
если я заменю батарейки.

Илья Кормильцев

За последние несколько лет мы увидели революционные изменения в производительности мобильных устройств, а также в качестве экранов и других ключевых областях того, что принято называть красивым словом «юзабилити». Увы, этот прогресс практически не коснулся одного из ключевых компонентов любого гаджета — аккумулятора. В результате типичный современный смартфон в лучшем случае работает от аккумулятора около суток, в худшем — не дотягивает и до конца рабочего дня.

Разумеется, аккумуляторы тоже совершенствуются, хоть и медленно. За счёт этих усовершенствований (в первую очередь — более плотной упаковки элементов) производителям удалось повысить энергетическую плотность аккумуляторов, так что современная батарея ёмкостью 5 Вт-ч имеет практически такие же габариты, как аккумулятор ёмкостью 2.5 Вт-ч десять лет назад. Если в начале 2000-х годов типичная ёмкость аккумулятора в мобильном телефоне составляла менее 3 Вт-ч, то сегодня ёмкость аккумулятора типичного смартфона составляет порядка 6 Вт-ч, в отдельных случаях — 10-12 Вт-ч. Однако среднее время автономной работы телефона при этом сократилось с 4-7 до 1-2 дней. Это связано с тем, что средняя ёмкость аккумулятора выросла в разы, а энергопотребление — в десятки раз.

Эта музыка будет вечной, или Ждёт ли нас аккумуляторная революция-2
Аккумулятор Samsung Galaxy S4 имеет ёмкость 9.88 Вт-ч

Отсутствие новых технологий производства аккумуляторов связано сразу с несколькими факторами.

Во-первых, очень сложно создать аккумулятор, который имел бы высокую энергетическую плотность, длительный срок службы и при этом был бы безопасным. Даже широко распространённые сегодня литиево-ионные батареи являются своего рода «пороховой бочкой». Усилия производителей по повышению энергетической плотности аккумуляторов приводят к тому, что они становятся по-настоящему опасными. Например, отказ от жёсткой оболочки отдельных ячеек позволил повысить ёмкость аккумуляторов, но сделал их более «взрывоопасными» и уязвимыми к механическим воздействиям.

Во-вторых, даже если новая технология будет создана, её коммерциализация может растянуться на несколько лет. К тому же возникает своего рода замкнутый круг: чтобы выйти на рынок, новой технологии нужна будет поддержка крупных игроков (таких как Apple или Samsung), однако крупные игроки, скорее всего, будут заинтересованы в новой технологии только в том случае, если она хорошо себя зарекомендует.

Несмотря на это, работы по усовершенствованию литиево-ионных аккумуляторов ведутся. Сейчас в литиево-ионных аккумуляторах используются электроды из графита. Замена графитовых электродов на кремниевые или германиевые позволила бы увеличить ёмкость буквально в разы.

Однако графит в своё время был выбран не просто так: дело в том, что литиево-ионные аккумуляторы сильно нагреваются во время зарядки, а графит практически не подвержен тепловым деформациям и обеспечивает длительный срок службы батареи. Кремний и германий очень сильно расширяются при нагреве, что приводит к механическому разрушению электродов и быстрому выходу аккумулятора из строя. Учёные из университета Лимерика (Ирландия) разработали прототипы аккумуляторов, в которых в качестве анода используются пучки германиевых проводов нанометровой толщины, которые не разрушаются при нагреве. Похожую технологию, но с использованием кремния, запатентовала британская компания Nexeon.

Но в целом в индустрии царит скептицизм относительно перспектив различного рода «прорывов» в производстве аккумуляторов. Например, Тони Фейделл, CEO компании Nest и бывший сотрудник Apple, известный как «отец iPod», в комментарии газете New York Times заявил, что «ожидать и надеяться на новые технологии аккумуляторов — это пустая затея». По его мнению, правильный подход к увеличению времени автономной работы заключается в постепенном инкрементальном усовершенствовании аккумуляторов и снижении энергопотребления других компонентов.

Лично я склонен согласиться с этим тезисом, тем более что у всех нас перед глазами позитивный пример Intel — компании, которая за последние несколько лет сумела радикально снизить энергопотребление своих процессоров, в результате чего ноутбуки на базе процессоров Haswell при равной ёмкости аккумулятора работают в полтора-два раза дольше, чем аналогичные ноутбуки на базе Ivy Bridge или Sandy Bridge.

Ещё острее вопрос аккумуляторов стоит для различного рода носимых устройств: от умных часов до фитнес-браслетов и медицинских датчиков. Даже у лучших образцов заявленное время автономной работы составляет 5-6 дней (как гласит известная шутка, «инженеры Casio умерли от хохота»). Полнофункциональные «умные часы» типа первой версии Samsung Galaxy Gear работают от аккумулятора 1-2 дня, а для подзарядки им нужна специальная «док-станция» — и то, и другое явно не вызывает особого энтузиазма у потребителей.

Решение может крыться не столько в новых технологиях производства аккумуляторов, сколько в новых способах получения энергии. Например, учёные из университета штата Вашингтон (США) недавно опубликовали работу, в которой рассматривалась возможность использования электромагнитного излучения различных передатчиков (от базовых станций сетей мобильной связи до точек доступа Wi-Fi) для питания медицинских датчиков. А в Оклендском унивеситете (Новая Зеландия) сейчас разрабатывают устройства, использующие для питания носимых гаджетов кинетическую энергию движения человека. К слову, подобный принцип давно уже применяется в механических часах с автоподзаводом. Кроме того, из обычных часов в «умные» может прийти и солнечная подзарядка — с этой целью может использоваться отдельный слой на сенсорном экране. По слухам, над подобной технологией для своих «умных часов» работает Apple.

В целом, отвечая на вынесенный в заголовок вопрос, стоит признать, что никакой революции в энергообеспечении наших гаджетов в ближайшее время не предвидится. Остаётся надеяться, что те небольшие последовательные шаги, о которых говорит Тони Фейделл, со временем приведут к тому, что нам не надо будет брать с собой зарядное устройство для телефона, выходя утром из дома.

Подписывайтесь на наш нескучный канал в Telegram, чтобы ничего не пропустить.

Поделиться

Ваш комментарий
11 комментариев
skazka.mk.ua гагаджетоман (2342 комментария)
11 марта 2014 г. 8:20:38 #

Постепенная инкрементальнорсть это весело :) Уже не первый раз замечаю Ваше желание использовать слово "инкрементальный", но в связке со словом "постепенно" получается тавтология.

Ответить
skazka.mk.ua
0
Bo3gyX ветеран (557 комментариев)
11 марта 2014 г. 8:49:27 #

вся надежда на тесла моторс)

Ответить
Bo3gyX
0
Silenttouch гагаджетоман (1510 комментариев)
11 марта 2014 г. 11:38:01 #

А вот автоподзавод это круто, на самом деле. "Зарядный браслет" мог бы здорово продлить жизнь гаджетам, в том случае, если бы была возможна беспроводная передача "заряда" от него к девайсам. Но увы, увы.

Ответить
Silenttouch
0
SMOLA ветеран (808 комментариев)
11 марта 2014 г. 12:09:39 #

Тасла просто плачет со смеху!

Ответить
SMOLA
0
Данил гагаджетоман (2924 комментария)
11 марта 2014 г. 13:52:53 #

Ну, вообщето и с телефонами то старыми, звонилками, не все так просто. Вот возьмите самую простую нокию с джавой, которая неделю-две проживет от аккумулятора, и гоняйте на ней джава-игры или инет через оперу мини-сдохнет в лучшем случае часов за 6, в худшем часа за 2

Ответить
Данил
0
Ackme старожил (167 комментариев)
11 марта 2014 г. 17:49:31 #

вся надежда на графен. Опытные образцы на графене показывают энергоемкость в 32 Вт*ч/кг. А это уже сравнимо со свинцово кислотными аккумуляторами. Правда технология очень молодая. Так что ждем развития, и лет через 10 будем иметь аккумуляторы, превосходящие сегодняшние раза в 3-4. Плюс снижение энергопотребления электроники и заряжающие модули, как указали в статье, дадут смартфонам будущего довольно длительное время работы без подзарядки. Так что ждем не только эволюции но и революции в области автономности электроники.

Ответить
Ackme
0
Олег Муравицкий ветеран (690 комментариев)
12 марта 2014 г. 1:34:15 #

Боюсь, что лет через 10 в смартфонах будут 64-ядерные 128-битные процессоры, камеры с разрешением 8K, дисплеи 16K, генераторы запахов для sms, прокрутка в браузере по направлению взгляда и ввод текста силой мысли, и всё это будет съедать заряд акумулятора емкостью, скажем, в 40 Вт·ч за тот же неполный рабочий день. Я утрирую, конечно, но вряд ли производители уймутся со своими "инновациями", требующими все больше и больше производительности и ресурсов.

Ответить
Олег Муравицкий
0
pokatusher старожил (381 комментарий)
12 марта 2014 г. 23:23:11 #

Извините, мне кажется что милли ампер-часы (mAh) более привычные единицы измерения емкости батарей, нежели Ватт-часы! Не могли бы продублировать их?

Ответить
pokatusher
0
Павел Урусов гагаджетоман (4018 комментариев)
12 марта 2014 г. 23:25:38 #

Ватт-часы правильнее, потому что потребление всё-таки считается в ваттах. К тому же даже среди телефонов напряжение аккумуляторов варьируется от 3.6 до 3.8 В, что делает сравнение ёмкости в миллиампер-часах невозможным.

Ответить
Павел Урусов
0
pokatusher старожил (381 комментарий)
12 марта 2014 г. 23:48:30 #

Честно говоря, впервые вижу, чтобы емкость аккумуляторов писали в ватт-часах. Википедия со мной почти согласна: наиболее употребимы именно ампер-часы.

Ответить
pokatusher
0
kpaqp4er гаджетоман (91 комментарий)
13 марта 2014 г. 21:22:01 #

Я считаю, что прогресс в области энергопотребления гаджетов заметный за последнее 10 летие. Смартфон на виндовс мобайл во времена расцвета этой ОС в лучшем случае проживал 20-24часа. Сейчас в распоряжении андроид аппарат с 3300 мач, 3-4 дня при нормальном использовании. Не боюсь выйти на работу с 25% заряда, до вечера легко доживает.

Ответить
kpaqp4er
0