В последние годы все больше смартфонов выпускаются с использованием кремний-углеродных аккумуляторов. Эта технология получила популярность после того, как ее начали применять китайские производители, такие как Honor, Oppo и Xiaomi. Теперь в этот круг вошла Samsung, которая использует кремний-углерод в батареях своих моделей Galaxy Z Fold 8 и Z Fold 8 Ultra.
Согласно изданию Engadget, такие батареи могут обладать значительно большей емкостью по сравнению с традиционными литий-ионными. Некоторые устройства, оснащенные этой технологией, способны работать до двух дней на одном заряде.
Как работает аккумулятор?
Аккумулятор состоит из трех основных компонентов: анода, катода и электролита, который находится между ними. Когда аккумулятор полностью заряжен, все электроны остаются в аноде, который медленно высвобождает их в сторону катода. Поток электронов через электролит вызывает ряд электрических и химических реакций, которые высвобождают энергию. В обычных смартфонах возможно многократное добавление электронов к аноду. Однако со временем количество хранимой энергии уменьшается, поскольку электролит теряет необходимые для реакции материалы.
Литий-ионные аккумуляторы
Литий-ионные аккумуляторы пользуются спросом благодаря своей легкости, высокой плотности энергии и способности выдерживать множество циклов заряда и разряда до начала деградации. Как правило, литий-ионный аккумулятор включает графитовый порошок в качестве анода, фосфатный порошок лития в качестве катода и карбонат этилена в качестве электролита.
Что такое кремний-углеродные аккумуляторы
Называть эти ячейки кремний-углеродными аккумуляторами отчасти некорректно: они по-прежнему используют литиевый материал в катоде. Кроме того, текущая физика не позволяет создать анод полностью из кремний-углерода. Фактически, лишь небольшой процент кремний-углерода смешивается с уже имеющейся графитом в этих ячейках.
Samsung позиционируется как крупнейший производитель смартфонов, внедривший кремний-углеродные ячейки. Компания заявила, что не стремится производить ячейки с очень высокой емкостью, как это наблюдается в некоторых китайских устройствах. Новая линейка телефонов Z Fold использует небольшое количество кремния для уменьшения размера батарей и, следовательно, всего аппаратного обеспечения. В регуляторных документах, поданных в Европейский союз, Samsung сообщила, что срок службы этих ячеек составит всего 1200 циклов заряда, что является заметным снижением по сравнению с 2000 циклами, заявленными для предыдущего поколения.
Преимущества кремний-углеродных аккумуляторов
К преимуществам относятся:
- Превосходная емкость хранения: Кремний обладает способностью удерживать энергию до десяти раз больше на грамм по сравнению с традиционным графитом.
- Более высокая плотность энергии (меньший объем): Это позволяет создавать батареи с существенно большей емкостью при сохранении тонкого и компактного форм-фактора устройства без увеличения толщины.
- Более быстрая зарядка: Реакция кремния обеспечивает более быстрый процесс интеграции ионов лития по сравнению с медленным проникновением в слои графита, тем самым ускоряя скорость подзарядки.
- Доступность и низкая стоимость: Кремний является дешевым, широко доступным и легко получаемым сырьем.
- Снижение геополитических рисков: Использование обильного и широко распространенного ресурса уменьшает зависимость от цепочек поставок и материалов, подверженных международному напряжению и конфликтам.
Недостатки кремний-углеродных аккумуляторов
Недостатки включают:
- Меньший срок службы ячейки: Аккумуляторы демонстрируют немного меньшую долговечность и жизненный цикл по сравнению с традиционными технологиями.
- Большое объемное расширение (физическая деформация): Кремний расширяется примерно на 400% в процессе цикла заряда (против всего 10% у графита), что создает механическое напряжение в компоненте и препятствует использованию чистого кремния.
- Необходимость баланса между емкостью и долговечностью: Существует техническая задача в определении пропорции между кремнием и графитом для достижения более высокой плотности энергии без чрезмерного ущерба для срока службы.
