За пару лет нормой стало то, что ещё недавно казалось невозможным: восемь и девять тысяч миллиампер-часов в корпусе, который не стал толще. При этом телефоны не выросли в размерах, а флагманы одного из производителей по-прежнему держатся около пяти тысяч и переходить на новую технологию не спешат. Разберёмся, что изменилось и чем за это платят.
Причина роста одна — изменился материал отрицательного электрода. Десятилетиями его делали из графита, теперь в него добавляют кремний. Кремний удерживает заметно больше лития на единицу объёма, поэтому в прежний корпус помещается больше запаса энергии. Доля кремния в современных решениях составляет примерно 25-32 процента, и производители её постепенно поднимают.
А вот с ресурсом всё непросто, и здесь начинается самое интересное. У кремния есть неприятное свойство: при насыщении литием он расширяется в объёме почти в четыре раза. Углеродная матрица сдерживает это расширение, но полностью не убирает, и механические напряжения внутри элемента никуда не исчезают. Отсюда главный открытый вопрос технологии — сколько такая батарея реально живёт.
Разберём по порядку: что именно изменилось в химии, почему телефон при этом не потолстел, какие цифры по деградации публикуются и почему они расходятся между собой, почему крупнейшие производители осторожничают, отчего в международных версиях ёмкость иногда меньше, и как продлить жизнь аккумулятору независимо от его типа.
Что изменилось в химии
1. Было: графит. Отрицательный электрод традиционного литий-ионного аккумулятора делали из графита. Технология отработана десятилетиями, предсказуема и живёт долго.
2. Стало: кремний в составе. Кремний удерживает значительно больше лития в том же объёме, и именно это даёт прибавку ёмкости без увеличения размеров.
3. Доля кремния в современных решениях составляет примерно 25-32 процента, и производители её постепенно увеличивают.
4. Главная проблема кремния — расширение. При насыщении литием его объём вырастает примерно втрое-вчетверо. Для элемента в тонком корпусе это механическая катастрофа.
5. Решение — композит. Кремний помещают в углеродную матрицу, которая сдерживает расширение: вместо почти четырёхкратного роста получается около тридцати процентов.
6. Но тридцать процентов — это тоже много. По оценкам, рабочее расширение кремний-углеродного электрода доходит до двадцати процентов против примерно десяти у графита. Каждый цикл элемент дышит, и это не проходит бесследно.
7. Что даёт по плотности энергии: лучшие решения выходят за девятьсот ватт-часов на литр объёма — заметно больше, чем у традиционных литий-полимерных элементов.
Почему телефон при этом не стал толще
• Потому что выросла плотность энергии, а не размер элемента. В тот же объём теперь помещается больше запаса — это и есть вся суть технологии.
• Наглядный пример из свежих анонсов: планшет с аккумулятором около девяти тысяч миллиампер-часов при толщине корпуса 5,74 миллиметра и весе 298 граммов. Два года назад такое сочетание выглядело бы опечаткой.
• В смартфонах картина та же: восемь тысяч миллиампер-часов в корпусе обычной толщины у нескольких моделей этого года.
• Параллельно освободилось место за счёт других узлов: более плотной компоновки платы, тонких систем охлаждения и отказа от части разъёмов.
• Но есть и обратная сторона: чем плотнее упакована энергия, тем серьёзнее последствия при повреждении элемента. Это не повод для паники, но причина, по которой вздувшийся аккумулятор нельзя продолжать использовать.
Что известно про ресурс и почему цифры расходятся
Самая важная часть материала и единственная, где честный ответ звучит как признание неопределённости.
• Ориентир по традиционным аккумуляторам: графитовые элементы сохраняют около восьмидесяти процентов исходной ёмкости примерно через 1600 циклов. Это много: при одном цикле в день речь идёт о четырёх с лишним годах.
• Что показывают кремниевые: по опубликованным оценкам, порядка девяноста трёх процентов ёмкости после трёхсот циклов. Цифра на первый взгляд приличная, но темп снижения выше графитового, и экстраполировать её на тысячи циклов нельзя.
• Производители заявляют около тысячи циклов, то есть примерно три года при ежедневной зарядке.
• Тревожный результат из испытаний: прототип кремниевого элемента у одного из крупных производителей вышел из строя после 960 циклов, причём элемент при этом почти вдвое увеличился в толщине. Именно такие результаты и объясняют осторожность отрасли.
• Есть и противоположное заявление: один из производителей объявил сохранение восьмидесяти процентов ёмкости после двух тысяч циклов. Это первая конкретная цифра ресурса, названная публично, и она радикально расходится с остальными оценками.
• Как относиться к этому расхождению: как к признаку того, что технология молодая и результаты сильно зависят от конкретной реализации, доли кремния и алгоритмов зарядки. Единого ответа на вопрос о ресурсе пока нет ни у кого.
• Ещё одна особенность: у кремниевых элементов выше потери при первой зарядке — порядка тридцати процентов против пяти-десяти у традиционных. Часть лития расходуется безвозвратно при формировании защитного слоя.
• Что это значит для покупателя: если вы меняете телефон каждые два-три года, вопрос ресурса вас, скорее всего, не коснётся. Если планируете пользоваться пять-семь лет, стоит иметь в виду, что данных такой длительности по новой технологии просто не существует.
Почему крупнейшие производители не спешат
Два самых больших игрока рынка держатся около пяти тысяч миллиампер-часов, пока конкуренты уходят к восьми-девяти. Это не отставание, а осознанная позиция, и у неё три причины.
1. Долговечность. Устройства этих производителей получают обновления по шесть-семь лет, и батарея, заметно просевшая через два года, ломает всю концепцию долгой поддержки.
2. Безопасность и репутация. В отрасли хорошо помнят историю с массовым отзывом смартфонов из-за возгораний аккумуляторов. Риск повторения при переходе на новую химию в масштабе сотен миллионов устройств оценивается очень высоко.
3. Сомнительная практическая отдача. Большая ёмкость не превращается в пропорционально большее время работы: процессор, экран и программная оптимизация съедают прибавку. По оценкам обозревателей, телефон с семью тысячами миллиампер-часов на практике работает примерно как хорошо оптимизированный аппарат с пятью тысячами.
4. Что отсюда следует: сравнивать телефоны по ёмкости аккумулятора между разными платформами бессмысленно. Смотреть нужно на результаты тестов автономности в реальных задачах.
5. Ожидания отрасли связаны с четвёртым поколением кремниевых решений, которое должно разобраться с деградацией. До тех пор консервативный подход выглядит защитой владельца, а не отставанием.
Жара опаснее холода
• Главный враг любого литиевого аккумулятора — температура, и для кремниевых элементов это ещё критичнее.
• Порог, после которого деградация ускоряется, начинается в районе сорока пяти градусов. Телефон под солнцем на пляже или на панели автомобиля прогревается до таких значений легко.
• Высокая температура хуже низкой. На холоде аккумулятор временно теряет ёмкость и восстанавливается в тепле, а перегрев вызывает необратимые изменения.
• Быстрая зарядка добавляет нагрев. Сто ватт и больше — это тепло, которое приходится отводить, и часть производителей специально занижает скорость при высокой температуре.
• Отсюда требование к охлаждению: под кремниевые элементы с высокой мощностью зарядки нужны более развитые системы отвода тепла, и это одна из скрытых статей расходов производителя.
• Практический вывод: не оставляйте телефон на солнце и снимайте толстый чехол при длительной быстрой зарядке — это самое простое, что можно сделать для ресурса батареи.
Почему миллиампер-часы сравнивать нельзя
Цифра, которой меряются все обзоры, описывает не то, что думает читатель.
• Миллиампер-часы измеряют заряд, а не энергию. Чтобы получить энергию, заряд нужно умножить на напряжение. Именно энергия определяет, сколько телефон проработает.
• Правильная единица — ватт-часы. Именно в них указывают ёмкость аккумуляторов портативных консолей и ноутбуков, и именно в них считают ограничения на перевозку литиевых элементов.
• Что это значит практически: два аккумулятора с одинаковыми миллиампер-часами, но разным напряжением содержат разное количество энергии. Сравнение без учёта напряжения некорректно в принципе.
• Вторая причина, по которой цифра обманывает: потребление. Более яркий экран с высокой частотой обновления и более мощный процессор съедают прибавку, и аппарат с большей батареей может работать не дольше, а столько же.
• Третья — программная оптимизация, которая у разных платформ отличается радикально и в характеристиках не отражается никак.
• Как сравнивать правильно: по результатам тестов автономности в одинаковых задачах — просмотр видео, игры, веб. Это единственная сопоставимая величина.
Почему в международных версиях ёмкость иногда меньше
1. Причина не в жадности производителя, а в правилах перевозки опасных грузов, действующих в авиационных, автомобильных и морских перевозках.
2. Лимит на один элемент — двадцать ватт-часов. При типичном напряжении около 3,8 вольта это соответствует примерно 5300 миллиампер-часам.
3. Лимит на устройство целиком — сто ватт-часов.
4. Как обходят ограничение: аккумулятор разбивают на несколько элементов. Каждый по отдельности укладывается в двадцать ватт-часов, а суммарная ёмкость получается больше. Именно так появились батареи на семь, восемь и девять тысяч миллиампер-часов.
5. Что происходило на практике: у одной модели среднего класса в международной версии было 5150 миллиампер-часов против 5500 на внутреннем рынке; у флагмана одного производителя 5270 против 5850; у другого топового аппарата 5410 против 6000.
6. Но решение принимается каждый раз отдельно. В конце прошлого года один из производителей вывел флагман на международный рынок с той же большой батареей, что и на домашнем рынке, без урезания.
7. Что проверять перед покупкой: характеристики именно той версии, которую вы покупаете, а не той, которую показывали на премьере.
Как продлить жизнь аккумулятору
• Не держите телефон на жаре. Самый действенный пункт из всех: нагрев вредит сильнее, чем любые привычки зарядки.
• Снимайте толстый чехол при быстрой зарядке, особенно если заряжаете на сто ватт и телефон ощутимо греется.
• Пользуйтесь ограничением заряда, если оно есть в настройках. Остановка на восьмидесяти-девяноста процентах заметно снижает износ, а теряете вы десять-двадцать процентов времени работы.
• Избегайте глубоких разрядов в ноль и длительного хранения разряженного телефона.
• Не оставляйте телефон сутками на зарядке при ста процентах, если нет умного ограничения.
• Используйте адекватный блок питания. Дешёвые адаптеры без защиты — лишний нагрев и лишний риск.
• Для долгого хранения оставьте заряд в районе половины и держите в прохладном месте.
• Не гонитесь за максимальной скоростью там, где она не нужна: ночью медленная зарядка лучше быстрой по всем параметрам, кроме скорости.
Чего ждать дальше
• Четвёртое поколение кремниевых решений должно снизить деградацию — на это рассчитывает отрасль, и именно после него консервативные производители, вероятно, перейдут на новую химию.
• Твердотельные аккумуляторы обсуждаются как следующий шаг, но обещания в этой области звучат уже много лет, и серийных устройств массового рынка пока нет.
• Рост ёмкости, скорее всего, замедлится: восемь-девять тысяч миллиампер-часов близки к пределу того, что имеет смысл при текущем потреблении.
• Более вероятное направление — не дальнейший рост цифры, а работа над ресурсом и над раскрытием данных о деградации.
• Что было бы полезнее всего покупателю: обязательная публикация числа циклов до снижения ёмкости до восьмидесяти процентов. Пока такую цифру называет считанное число производителей, и проверить её невозможно.
Чек-лист: что держать в голове
1. Рост ёмкости обеспечен кремнием в составе отрицательного электрода, доля которого сейчас около 25-32 процентов.
2. Кремний расширяется при заряде, и это главная причина вопросов к ресурсу.
3. Данных по долговечности на пять-семь лет по новой технологии не существует.
4. Заявления производителей о циклах расходятся между собой в разы — относитесь к ним как к заявлениям.
5. Миллиампер-часы без напряжения не описывают энергию: сравнивайте по тестам автономности.
6. Большая ёмкость не означает пропорционально большего времени работы.
7. Проверяйте характеристики именно той версии аппарата, которую покупаете.
8. Жара опаснее холода, деградация ускоряется примерно с сорока пяти градусов.
9. Ограничение заряда до восьмидесяти-девяноста процентов продлевает ресурс.
10. Вздувшийся аккумулятор — повод прекратить использование и обратиться в сервис.
Итог
Аккумуляторы выросли с пяти тысяч миллиампер-часов до восьми-девяти по одной причине: в отрицательном электроде графит заменили составом с кремнием, который удерживает больше лития в том же объёме. Доля кремния сейчас составляет примерно 25-32 процента, плотность энергии лучших решений выходит за девятьсот ватт-часов на литр, и именно поэтому планшет с батареей около девяти тысяч миллиампер-часов получается толщиной 5,74 миллиметра.
Плата за это — открытый вопрос о ресурсе. Кремний при насыщении литием расширяется в объёме в несколько раз, углеродная матрица сдерживает расширение примерно до тридцати процентов, но рабочее дыхание электрода всё равно вдвое больше графитового. Опубликованные цифры противоречат друг другу: около девяноста трёх процентов ёмкости после трёхсот циклов у кремниевых против восьмидесяти процентов после 1600 циклов у графитовых, прототип, вышедший из строя после 960 циклов с почти двукратным ростом толщины, заявления производителей о тысяче циклов и отдельное заявление о восьмидесяти процентах после двух тысяч. Единого ответа нет ни у кого, и именно поэтому два крупнейших производителя держатся около пяти тысяч: им важнее держать батарею живой шесть-семь лет поддержки.
И главное, что стоит забрать из этого материала: не сравнивайте телефоны по миллиампер-часам. Эта величина измеряет заряд, а не энергию, и без напряжения не говорит ничего, а прибавку ёмкости съедают более яркий экран и более мощный процессор. По оценкам обозревателей, аппарат с семью тысячами миллиампер-часов на практике работает примерно как хорошо оптимизированный с пятью. Сопоставимы только результаты тестов автономности в одинаковых задачах — всё остальное цифры с коробки.
Читайте также: Кофемашина не варит кофе или выдаёт ошибку
Автор публикации
Связал с техникой всю свою жизнь. В детстве дружил с магнитофонами, тетрисами, приставками Nintendo, затем SEGA Dreamcast, Sony Playstation 1/2, потом первый смартфон, первый компьютер, первый отремонтированный ноутбук. За всю жизнь в руках побывали сотни всевозможных девайсов. Сборки компьютеров с нуля, ремонт ноутбуков, тестирование смартфонов, планшетов и прочих гаджетов стали любимым делом жизни. Это вдохновение, стимул, источник энергии… это больше, чем просто хобби!
Сборщик ПК с 2011 г. Бывший копирайтер, создатель музыки в FL Studio.
С 2020 года начал вести сайт TopTechnika.ru, разочаровавшись в шаблонности и бесполезности контента по теме выбора техники. Финансовое образование, ищу максимальную выгоду от каждой покупки.
По любым вопросам и предложениям пишите мне <a href="https://t.me/toptechnika">в личку в Телеграм</a> или на нашу корпоративную электронную почту <a href="mailto:admin@toptechnika.ru">admin@toptechnika.ru.</a>
