Будущее аккумуляторных батарей в мобильных устройствах

В настоящей статье мы рассмотрим основные тренды, в которых по мнению экспертов будет двигаться прогресс в области создания аккумуляторных батарей.

Последние десятилетия компьютерные технологии развиваются весьма бурно. В соответствии со знаменитым законом Мура, число размещенных на кристалле интегральной схеме транзисторов будет удваивается каждые два года. Причем речь изначально шла о транзисторах на кремниевой основе - как мы рассказывали, ведущий мировой производитель микропроцессоров, компания Intel, уже создает простейшие образцы интегральных схем с графеновыми транзисторами. И хотя после достижения транзисторами размера в 5 нм в силу начинают вступать квантовые эффекты, прогресс в области процессоров на этом не остановится. Во-первых, уже появились квантовые компьютеры, а во-вторых, последние годы рост производительности обеспечивается многоядерной архитектурой.

Последний подход и обеспечивает непрерывный прогресс смартфонов и планшетов - в них уже устанавливаются процессоры, в которых целых восемь одновременно работающих ядер. Не стоит на месте и качество дисплеев в мобильных устройствах - сейчас уже мало кого можно удивить Quad HD, не говоря уже о Full HD разрешении.

Но вот прогресс аккумуляторных технологий подобной динамикой похвастать не может. Не то, чтобы он стоял на месте - в конце концов аккумуляторы справляются с растущими тактовой частотой ядер и их количеством в процессоре, а также разрешением дисплеев. Причем заряжать смартфоны все равно приходится чаще обычных сотовых телефонов. Кроме того не следует забывать, что производители уделяют большое внимание снижению энергоемкости мобильных процессоров, поэтому новейшие модели зачастую бывают в этом отношении менее требовательными, чем их предшественники.

Но особую актуальность аккумуляторный вопрос приобретает с появлением совершенно новых для недавнего времени мобильных устройств - так называемых «умных часов» и «умных очков». И хотя несколько именитых компаний, таких как Sony или Samsung, уже выпустили свои первые модели умных часов, а умные очки от Google уже второй год тестируются разработчиками, продолжительность автономной работы этих устройств (не говоря уже о прочих недостатках) вызывает у пользователей нарекания. Многие эксперты полагают, что именно эта проблема удерживает компанию Apple от выпуска собственной модели умных часов.

В каком же направлении будет двигаться развитие аккумуляторных технологий? Профессор Стенфордского университета в Калифорнии Йи Куи (Yi Cui), основавший стартап Amprius, работает над созданием кремниевой батареи. Она обладает емкостью, в 10 раз превышающую литий-ионную, но к сожалению становится хрупкой по мере использования. Команда Куи пробует решить эту проблему, покрыв кремний полимером (эластичной и мягкой субстанцией, аналогичной материалу из которого изготавливаются контактные линзы), которая самопроизвольно заполняла бы образующиеся на поверхности кремения микроскопические трещинки. Аналогичного подхода придерживается и одна из крупнейших химических корпораций в мире, японская компания Shin-Etsu Chemica.

По словам Тони Фаделла, возглавлявшего департамент по разработке и выпуску плеера iPod, Apple уже много лет работает над солнечной батареей, которой можно было бы оснастить ее мобильные устройства.

И по словам двух нынешних неназванных сотрудников Apple, она не оставляет этих попыток. До сих пор ключевая проблема состояла в том, что значительную часть времени смартфон или музыкальный плейер лежит в кармане или сумке. В то же время электрического освещения дома или на работе недостаточно для зарядки вашего устройства - оно должно подвергаться воздействию солнечных лучей. А это куда чаще происходит с носимыми устройствами, такие как умные часы или умные очки - если не в российских широтах, то по крайней мере в солнечной Калифорнии.

Другая технология, запатентованная Apple в 2009 году, состоит в использовании кинетической энергии, вырабатываемой при раскачивании руки во время ходьбы. Часы с автоподзаводом появились еще ...в 18 веке, но как вы понимаете, у оснащенных микропроцессором и дисплеем умных часов совсем другие требования к потреблению энергии.

Четвертый подход, над которым в частности работает исследовательская группа Вашингтонского университета, состоит в использовании для зарядки мобильных устройств энергии излучения WiFi, сотового или телевизионного сигнала. В этой технологии нет ничего фантастического и даже принципиально нового - обычный детекторный радиоприемник, изобретенный еще в начале 20 в., тоже питается исключительно энергией принимаемого радиосигнала. Достижение ученых Вашингтонского университета состоит в том, что созданное ими устройство Ambient Backscatter («Обратное рассеивание», см. фото ниже) может питаться даже от чужих сигналов (в данном случае телевизионных).

Ну и наконец пятый подход к созданию аккумуляторных батарей состоит в использовании так называемого пьезоэлектрического эффекта, когда, грубо говоря, электричество вырабатывается силой трения или сжатия (не столько самого смартфона, сколько, скажем, подошвы вашей обуви о пол при ходьбе). В частности, определенных успехов в этом направлении недавно добились исследователи из Технологический институт Джорджии в США.

Конечно, это не полный список технологий, который может быть востребован при создании аккумуляторов для мобильных устройств будущего, мы попытались описать только основные и самые перспективные на текущий момент. Не исключено, что в недрах какого-нибудь научного центра или скромного стартапа разрабатывают другие принципы подзарядки мобильных устройств, или другие материалы для производства аккумуляторных батарей. Не исключено также, что увеличение времени автономной работы гаджетов будет увеличиваться вовсе не за счет усовершенствования качества их аккумуляторов, а за счет широкого распространения в публичных местах и/или большого диапазона действия беспроводных зарядных устройств, которые и будут постоянно питать энергией ваше устройство.

Одна из таких технологий, напомним, в декабре прошлого года была запатентована Apple, над созданием беспроводной зарядки, основанной на магнитном резонансе, работает и Samsung. Тогда же, в декабре 2013 года, международный консорциум, созданный около года назад и объединяющий таких гигантов электронной индустрии как Samsung, LG и Qualcomm, анонсировал бренд для технологии беспроводной зарядки, получившей название Rezence.