категории

Размер шрифта

+
0
-

Ширина колонки

+
0
-
настройки
На главную
Наше расширение для Chrome Мы Вконтакте Наш Твиттер Мы в Google+ Мы на Одноклассниках Мы на Facebook
Автор: Евгений; Дата публикации: 31.03.2016; Категория: интересная история; Теги темы: мобильная эволюция;

История развития батареек мобильных телефонов

В 21-м веке проблема энергопотребления стоит как никогда остро. И одно дело, когда речь идёт о телевизоре, компьютере или холодильнике, где речь по сути идёт о экономии Ваших средств. И совсем другое- когда мы говорим о телефонах, где энергопотребление на прямую влияет на то, как сильно Вы привязаны к розетке. И в сегодняшнем выпуске мобильной эволюции мы как раз и поговорим о истории развития этих самых батареек мобильных телефонов. Поговорим о том, с чего же всё начиналось? Что имеем на сегодняшний день, а так же чего ждать от телефонов будущего? Когда батарейка телефона сможет "прокормить" даже самые прожорливые андроиды? :)

На самом деле, ситуация с аккумуляторами телефонов стоит немного сложнее, чем с экранами или камерами, о которых я рассказывал в прошлых выпусках. Если они все выросли, увеличились, улучшились, то вот с источниками питания проблема в том, что они просто не успевают за развитием остальных компонентов телефона. Если за последние годы мощность, а соответственно и энергопотребление телефонов выросло в десятки раз, то вот ёмкость элементов писания выросла не столь значительно. И  это как раз и является определяющим фактором того, что современные телефоны не столь автономны, чем их старые кнопочные предшественники.

Но давайте не будем о грустном, давайте для начала посмотрим на этих передовиков производства, которые отдают последние силы, чтоб мы успели дописать сообщение Вконтакте, пока остался последний процент зарядки?На самом деле как правило в мобильных телефонах используются всего четыре типа аккумуляторов. Никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion) и литий-полимерные (Li-pol). И в принципе, всё отличие между ними лишь в материалах электродов и электролитов.

Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы.

И начнём мы по порядку. Никель-кадмиевая батарея придумана давно — в 1899 году шведским изобретателем Вальдемаром Юнгнером. В ее основе лежит электрохимия гидроксида оксида никеля на положительном электроде и металлического кадмия на отрицательном, находящихся в среде гидроксида калия, выступающего электролитом.

И на самом деле перед выпуском этих батарей нужно было решить лишь одну проблему. Как сделать батарею без клапана для избавления от образующихся в результате электролиза газов. И к 1947-у году эта проблема была решена.

И на самом деле у этого типа питания даже перед современными имеется целый ряд преимуществ. Они надежны, работают в широком диапазоне температур, экономически выгодны, просто заряжаются. При должном обслуживании могут оставаться в строю долгое время, обещая не менее тысячи циклов заряда-разряда.

Использование никель-кадмиевых аккумуляторов на практике сводится к контролю за тем, чтобы их зарядка производилась, только когда батарея полностью разряжена. Иначе мы сталкиваемся с так называемым эффектом памяти: аккумулятор как будто «помнит», что был разряжен не полностью, в процессе заряда накапливая меньшее количество энергии.

Недостатки.

Но на фоне ряда плюсов- и тут не обошлось без недостатков. На самом деле показатель энергетической плотности у них низок, то есть они не способны сохранить обилие энергии на единицу полезной массы или объема. Справедлива высокая степень саморазряда: даже если не пользоваться устройством, батарея теряет где-то 20% заряда в месяц. Т.е. в переводе на общедоступный язык- мы имеем кирпич, который даже если просто лежит на полочке отдельно от самого телефона- разряжается примерно на 20% в месяц.

Наконец, кадмий относится к токсичным для окружающей среды веществам и для его корректной утилизации требуется особое, дорогостоящее оборудование.

Никель-металлгидридные (Ni-MH) аккумуляторы.

По сути тут мы имеем продолжение развития. Основное преимущество никель-металлгидридных батарей перед никель-кадмиевыми заключено в повышенной на 30–40% энергетической плотности. Другими словами, такой же по размерам аккумулятор способен дольше поддерживать автономную работу устройства. Так же данные элементы менее склонны к «эффекту памяти», периодическая их тренировка полным разрядом и зарядом всё так же нужна, однако уже не так часто. Так же в составе отсутствуют слишком токсические вещества, однако это не означает их полное отсутствие. На этом, впрочем, все плюсы и заканчиваются.

Недостатки.

При активной эксплуатации никель-металлгидридные аккумуляторы быстро выходят из строя, их жизненный цикл явно ограничен, они чувствительны к температурным перепадам, склонны к быстрому саморазряду, требуют сложного алгоритма зарядки по причине перегрева из-за повышенного внутреннего сопротивления.

Вообще никель-металлгидридные батареи уместно воспринимать не более как переходным звеном, ограниченным химической природой никеля, на пути к элементам питания на основе лития.

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы

Ну вот мы и подошли к сегодняшнему дню. Быстро? Да, я же говорил, что на самом деле этот элемент практически не претерпел изменений! :) Хотя справедливости ради стоит заметить, что исследования литий-ионных батарей начались в 1970-х годах, первые коммерчески готовые изделия появились в 1991-м.

Базовая конструкция реализована катодным материалом (обычно графитом) на алюминиевой фольге и анодным — на медной, разделенных пропитанными электролитом (соль лития в органическом растворителе) пористыми сепараторами. Всё это позволяет подзаряжать аккумулятор не обращая внимания на то, сколько накопленного заряда осталось. Так же высокое отдаваемое напряжение позволяет формировать батарею из одного элемента питания, тем самым упрощая дизайн.

В качестве катодного вещества используются разнообразные ионные соединения лития: он, будучи самым легким из металлов, характеризуется великолепным электрохимическим потенциалом и обеспечивает максимальную энергоплотность на единицу массы. Как это всё выглядит более наглядно? Наглядно всё показано на видео ниже:

Однако! Я Вам настоятельно не рекомендую пытаться самостоятельно разбирать свой аккумулятор! Почему? Ответ на это Вы наглядно увидите на видео ниже. Без необходимых знаний это может закончиться для Вас очень плачевно.

Недостатки.

Однако на сегодняшний день нет идеального элемента писания. Ведь и у этого типа есть целый ряд недостатков. К примеру если батарея разрядится ниже определенного порогового уровня- вернуть ее к жизни обычным зарядным устройством не удастся. Даже если аккумулятор не используется и хранится в прохладном месте, с каждым годом он все равно стареет, теряя способность накапливать энергию. Кроме того, при совпадении некоторых условий, включая повышение рабочей температуры, короткое замыкание, повреждение корпуса батареи, вполне возможны случаи возгорания и даже взрыва литий-ионного аккумулятора.

А что же будет, если эти условия совпадут? Ответ Вы можете узнать из видео ниже:

Именно по этому я Вам ни в коем случае не рекомендую самостоятельно разбирать аккумулятор своего телефона т.к. во время разбора Вы случайно можете вызвать подобную реакцию!

Литий-полимерные (Li-pol) аккумуляторы

На самом деле этот тип сложно описать двумя словами. Этот тип можно сказать одной ногой стоит в прошлом, а другой- в будущем. Т.к. изначально под литий-полимерной концепцией подразумевалось использование не жидкого, а полимерного электролита, который в теории делает возможным создание батарей любой формы — тонких, гибких и полностью безопасных. Первым телефоном с литий-полимерным аккумулятором стал Ericsson T28s образца 1999 года.

 

Однако куда более распространенной трактовке понятия литий-полимерных аккумуляторов относится облачение литий-ионных батарей не в жесткий и прочный корпус, а в податливый из какого-либо полимерного материала.

Итогом ставится снижение веса и свобода конструкции, которая может принимать самые причудливые формы. Последний факт позволяет создавать элементы питания, заполняющие все свободное пространство внутри корпуса устройств.

Что касается электролита, он все равно оказывается жидким, хотя полимерные добавки и делают его в некотором роде пластичным либо гелеобразным. Электрохимия по-прежнему остается такой же, как в случае литий-ионных аккумуляторов.

Аккумуляторы будущего

Но когда же появится действительно хорошее устройство, на котором не надо будет постоянно следить за уровнем заряда? На самом деле на этот вопрос ответить точно нельзя. С одной стороны- в новостях с завидной регулярностью появляются сообщения о разработке новых типов батарей. Но с другой- все они не без недостатков. Один тип аккумуляторов может быть приспособлен для использования в компактных устройствах, однако быстро изнашивается. Второй вариант батарей накапливает много энергии, но получается громоздким. Наконец, третий кажется и не плохой, но по причине сложности производства- будет стоить столько, что никто не купит. Вот и получается. Имеем что имеем.

Но давайте не будем только о плохом! Давайте вспомним несколько идей, которые были открыты в последние годы и которые, хочется верить, скоро могут поплатиться в жизнь.

  • В 2015 году исследователи из Массачусетского технологического института предложили заменить традиционный графит в аноде на массив крошечных капсул из диоксида титана, заполненных алюминием. В процессе заряда и разряда алюминий без проблем расширяется и сжимается, будучи надежно отделенным от электролита. На полную зарядку уходит шесть минут.
  • В 2014 году в Райсовском университете завершились испытания гибкого аккумулятора, в котором электроды из нанопористого фторида никеля погружены в твердый электролит без лития. Батарея сохраняет три четверти энергетической емкости после тысячи циклов ее сгибания и десяти тысяч циклов заряда-разряда.
  • В 2014 году в Ренсселеровском политехническом институте было придумано, как отказаться от токсичного и дорогостоящего оксида кобальта-лития на катоде и традиционного графита на аноде за счет использования только графена.
  • В 2014 году сотрудники Вашингтонского университета анонсировали похожее на жевательную резинку вещество, способное заменить собой жидкий электролит. Субстанция, не уступающая последнему по части проводимости, полностью избавляет литий-ионный аккумулятор от расхожих проблем с воспламенением.
  • В 2013 году ученые из Стэнфордского университета объявили о создании аккумулятора, в котором вместо графита используется кремний. Хрупкие наночастицы последнего защищены проводящим полимерным гидрогелем — губчатой субстанцией, подобной на материал, используемый в контактных линзах. Электроемкость кремния потенциально в десять раз выше, чем у графита.

Хочется верить, что какая нибудь из разработок, да воплотится в жизнь, чтоб мы наконец смогли получить мощный телефон с не менее мощным источником питания. И который не будет более спортивным, чем хозяин и не будет делать требовать по три зарядки в день! :)


Уважаемые читатели, не забывайте, что на сайте действует система уведомления об ошибках и опечатках. Если Вы нашли в тексте ошибку или опечатку- просто выделите слово мышкой и нажмите ctrl + enter. Спасибо за понимание. Все мы люди, все мы ошибаемся! :)
Поделитесь с друзьями в социальных сетях?
Буду благодарен! :)


Главная страница Наш блог Факты сайта
Коровы могут спасти человечество от ВИЧКоровы могут спасти от ВИЧО пользе нетерпения в отношенияхДва проявления - повышенная терпеливость и "взрывоопасность" - работают. Ученые представили первый телефон без батареиВ США изобрели первый мобильный телефон без аккумулятораИстория изобретения аквалангаКто и когда изобрёл акваланг?Почему интеллект — не главноеВ чем сила, брат: как мыслят гении, или почему интеллект — не главное? Аномия: усталое поколение Что такое аномия? Французский социолог Эмиль Дюркгейм заинтересовался этмим вопросом. Электромобили НАМИ-750 и НАМИ-751 Электромобили ЛАЗ-750 и ЛАЗ-751Пуля остановилась в сантиметре от сонной артерииРедкий случай: пуля остановилась в сантиметре от сонной артерии мужчиныКратер Дарваза, Туркмения«Ворота в ад», ТуркменияЛЭТ аккумуляторный мусоровозЛЭТ аккумуляторный мусоровоз СССР
Котик! :)