Мобильные аккумуляторы: все, что вам нужно знать

20 января 2025

Аккумуляторы в ваших мобильных устройствах – это чудеса химической инженерии, они содержат огромное количество энергии, которое может поддерживать работу ваших устройств часами. Как они работают и как извлечь от них максимальную пользу?

Большинство современных мобильных устройств используют литий-ионные (иногда их называют Li-ion) батареи, состоящие из двух основных частей: пары электродов и электролита между ними. Материалы, из которых изготовлены эти электроды, разные (это могут быть литий, графит или даже нанопровода), но все они полагаются на химический состав лития. Это реактивный металл, который означает, что он имеет тенденцию соединяться с другими элементами. Чистый литий настолько реакционноспособен, что может вспыхнуть в воздухе, поэтому большинство аккумуляторов используют более безопасную форму под названием литий-кобальт-оксид. Между двумя электродами находится электролит, который обычно представляет собой жидкий органический растворитель, позволяющий электронам протекать между ними. Когда заряжается литий-ионная батарея, молекулы оксида лития и кобальта захватывают и удерживают электроны, которые затем высвобождают, когда батарея используется, например, во время работы вашего мобильного телефона.

Литий-ионный аккумулятор является наиболее распространенным типом аккумулятора, поскольку он может сохранять наибольшее количество энергии в наименьшем пространстве. Это измеряется удельной плотностью энергии, которая означает, сколько энергии в ватт-часах может вместить килограмм батареи. Для литий-ионного аккумулятора этот показатель может составлять от 150 до 250 Вт/ч, тогда как никель-металл-гидридный (или NiMH) аккумулятор может содержать около 100 Вт-ч/кг. Другими словами, литий-ионные батареи меньше и легче других типов, а это означает меньшие устройства с более длительным сроком службы батареи.

Вся эта химия означает одно: аккумулятор устройства накапливает энергию, а химические вещества внутри стремятся высвободить эту энергию любым способом. И это может быть проблемой, как недавно обнаружил Boeing, когда батареи на 787 Dreamliner загорелись, когда самолет стоял на стоянке.

Это один из недостатков литий-ионных батарей: если батареи разряжены слишком далеко, химия разрушается и создает избыток воспламеняющегося оксида лития, образуя больше оксида лития и т.д. Это то, что химики называют термической реакцией, а все остальные называют пожаром, поэтому FAA приостановило 787. Поскольку то же самое может произойти, если вы пробите батарею, TSA рекомендует авиапассажирам осторожно упаковывать батареи в багаж. - в багаже, а не в зарегистрированном багаже.

Емкость аккумулятора
Емкость батареи измеряется в миллиампер-часах (или мАч), что указывает на то, сколько энергии батарея может доставить со временем. Например, если аккумулятор имеет емкость 1000 мАч, он может выдавать 1000 миллиампер мощности в течение 1 часа. Если устройство потребляет 500 миллиампер, заряда батареи должно хватить примерно на 2 часа.

Продолжительность работы батареи устройства несколько сложнее, чем это, поскольку количество энергии, используемой устройством, меняется в зависимости от того, что оно производит. Если экран устройства включен, радио передает, а процессор интенсивно работает, он потребляет больше энергии, чем если экран выключен, а радио и процессор неактивны.

Вот почему вы должны с осторожностью относиться к заявлениям о времени работы батареи – производитель может увеличить время работы батареи, уменьшив яркость экрана или выключив отдельные части устройства. Если вам интересно, вы можете воспользоваться программой, которая отслеживает энергопотребление и состояние аккумулятора вашего мобильного устройства, например Battery Monitor Widget https://www.softportal.com/software-24502-battery-monitor.html#google_vignette для Android или Battery Life Pro https://battery-life.

Контроль потока энергии
Из-за склонности к возгоранию литий-ионные батареи нуждаются в тщательном контроле. Производители аккумуляторов достигают этого, встраивая контроллер заряда, управляющий потоком электроэнергии. По сути, каждая батарея имеет маленький компьютер внутри, который предотвращает ее слишком быструю разрядку или разрядку до опасно низкого уровня. Этот компонент также регулирует поток энергии в батарею во время зарядки, замедляя поток энергии, когда батарея приближается к полному заряду, чтобы предотвратить перезарядку.

Чтобы показать, как работает этот процесс, мы зарядили Samsung Galaxy Note и измерили поток поступающей энергии, по сравнению с сообщенным процентом заряда батареи. Как можно видеть на диаграмме выше, поток энергии в аккумулятор наивысший, когда аккумулятор сначала заряжается, а затем уменьшается. Несколько последних порций заряда занимают много времени, поскольку контроллер замедляет поток энергии, чтобы аккумулятор не заряжался слишком сильно.

Будущее власти
Технология аккумуляторов постоянно усовершенствуется, лаборатории по всему миру ищут новые технологии аккумуляторов, чтобы заменить литий, а также новые подходы к изготовлению литий-ионных аккумуляторов. Среди новых технологий много работы было направлено на создание суперконденсаторов, в которых батарея накапливает электрическую энергию, а затем отдает ее как вспышку. Суперконденсаторы могли бы обеспечить намного более быструю зарядку, поскольку задействованы незначительные химические изменения, но нынешние суперконденсаторы могут обеспечивать энергию только короткими вспышками, что является противоположностью того, что требуется большинству мобильных устройств. В скором времени появятся топливные элементы, которые используют водород для производства электроэнергии. Система топливных элементов Nectar, анонсированная на выставке CES в январе, использует картридж за 10 долларов для питания мобильного телефона в течение двух недель. Однако топливные элементы еще недостаточно малы, чтобы поместиться в телефон – система Nectar заряжает существующий литий-ионный аккумулятор, а не заменяет его.

Затем сера может присоединиться к литию внутри батарей. Ученые из Стэнфордского университета недавно продемонстрировали батарею, использующую нанотехнологию для добавления серы в химическую смесь, которая увеличила плотность энергии батареи в пять раз, а также продлила срок ее службы. Однако эта технология выйдет на рынок еще несколько лет.

Свяжитесь с нами для получения последних обновлений о наших продуктах и событиях.

Как связаться с нами?