Ухаалаг гар утасны шинэ батерейны технологи
Сүүлийн жилүүдэд ухаалаг гар утасны инноваци хурдацтай хурдацтай хөгжиж байна: камерууд илүү тод болж, дэлгэцүүд илүү гэрэл гэгээтэй болж, холболт хурдан болсон. Гэсэн хэдий ч олон хэрэглэгчдийн "хоцрогдож" байгаа нэг бүрэлдэхүүн хэсэг бол батерей юм. Батерейны дундаж багтаамж нэмэгдэж байгаа ч улам бүр эрэлт хэрэгцээтэй аппликейшнууд, өндөр шинэчлэлттэй дэлгэцүүд, хиймэл оюун ухаан болон 5G-ийн эрчимтэй хэрэглээ зэргээс шалтгаалан эрчим хүчний хэрэгцээ нэмэгдсэн. Тийм ч учраас ухаалаг гар утасны шинэ батерейны технологи нь зөвхөн өдрийн турш ашиглах батерейны ашиглалтын хугацаа төдийгүй аюулгүй байдал, цэнэглэх хурд, ашиглалтын хугацаа, хүрээлэн буй орчинд үзүүлэх нөлөөллийн талаар чухал сэдэв болж байна.
Ухаалаг гар утасны батерейд яагаад шинэ технологи хэрэгтэй вэ?
Лити-ион (Li-ion) болон лити-полимер (Li-Po) батерейнууд зах зээл дээр ноёрхож байна. Хоёулаа найдвартай гэдгээ баталсан боловч хязгаарлалттай: эрчим хүчний нягтрал олон жилийн турш эрс сайжрахгүй, хэт халалтын эрсдэл хэвээр байгаа бөгөөд цэнэглэх мөчлөгийн үед багтаамж (батерейны эрүүл мэнд) мууддаг. Хэрэглэгчид удаан эдэлгээтэй, хурдан цэнэглэгддэг, хурдан дуусдаггүй, тоглоом тоглох, 4K видео үзэх эсвэл холболт хийх зэрэг хүнд хэрэглээнд ч аюулгүй байдаг батерейг хүсдэг.
Шинэ батерейны технологи нь дараах дөрвөн үндсэн сорилтын хариулт болж байна: (1) утасны их биеийг зузааруулахгүйгээр багтаамжийг нэмэгдүүлэх, (2) батерейг гэмтээхгүйгээр цэнэглэх хурдыг нэмэгдүүлэх, (3) гал түймэр гарах эсвэл хавдах эрсдэлийг багасгахын тулд аюулгүй байдлыг нэмэгдүүлэх, (4) батерейны ашиглалтын хугацааг уртасгаж, гүйцэтгэлийг олон жилийн турш тогтвортой байлгах.
Цахиурын анод: Ижил хэмжээтэй өндөр хүчин чадалтай
Өнөө үед хамгийн чухал нээлтүүдийн нэг бол цахиур дээр суурилсан анодыг хэсэгчлэн (цахиураар хольсон) эсвэл голчлон цахиураар баялаг (цахиураар баялаг) ашиглах явдал юм. Уламжлалт литийн ион батерейны хувьд анод нь ихэвчлэн бал чулуу байдаг. Цахиур нь онолын хувьд бал чулуунаас хамаагүй илүү литийн ионыг хадгалж, улмаар энергийн нягтралыг нэмэгдүүлдэг.
Гэсэн хэдий ч цахиур нь нэг том асуудалтай: литийг холбоход тэлж, дараа нь салгахад дахин агшдаг. Энэхүү тэлэлт-агшилтын мөчлөг нь анодын бүтцийг гэмтээж, задралыг хурдасгаж болзошгүй. Тиймээс өргөн хүрээтэй боловсруулсан шийдлүүдэд бал чулуу-цахиурын хайлш, цахиурын нано бүтэцтэй загвар, шинэ, илүү уян хатан холбогч ба электролитууд орно.
Ухаалаг гар утас хэрэглэгчдэд үзүүлэх нөлөө нь мэдэгдэхүйц юм: үйлдвэрлэгчид батерейны хэмжээг эрс нэмэгдүүлэхгүйгээр илүү том багтаамжийг санал болгож эсвэл утсыг нимгэн болгохын зэрэгцээ багтаамжийг нь хадгалах боломжтой. Энэ нь мөн илүү тогтвортой хурдан цэнэглэлтийг дэмждэг, учир нь материалын инженерчлэлээр дамжуулан дотоод эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэх боломжтой.
Хатуу төлөвт батерей: Аюулгүй байдал ба эрчим хүчний нягтрал
Хатуу төлөвт батерейг ихэвчлэн батерейны үйлдвэрлэлийн "ирээдүй" гэж нэрлэдэг. Шингэн эсвэл гель электролит ашигладаг уламжлалт Лити-ион батерейгаас ялгаатай нь хатуу төлөвт батерей нь хатуу электролит ашигладаг. Тэдний гол давуу тал нь аюулгүй байдал юм: хатуу электролитууд нь шатамхай чанар багатай бөгөөд батерейг физик гэмтэлд оруулах үед гоожих эсвэл аюултай урвалд орох эрсдэлийг бууруулдаг.
Цаашилбал, хатуу төлөвт технологи нь эрчим хүчний нягтралыг нэмэгдүүлэх боломжтой бөгөөд бага хэмжээгээр илүү өндөр хүчин чадлыг бий болгодог. Гэсэн хэдий ч үйлдвэрлэлийн өндөр өртөг, хатуу электролит ба электродуудын хоорондох интерфейсийн асуудал, нарийн үйлдвэрлэлийн хэрэгцээ зэргээс шалтгаалан үүнийг ухаалаг гар утсанд хэрэгжүүлэх нь бэрхшээлтэй хэвээр байна. Гэсэн хэдий ч энэ чиглэлээр хийсэн судалгаа, хөрөнгө оруулалт ихээхэн байна. Хэрэв хатуу төлөвт технологи нь хэрэглээний төхөөрөмжүүдэд үнэхээр боловсорч гүйцвэл бид батерейны ашиглалтын хугацаа мэдэгдэхүйц урт, аюулгүй байдал сайтай утаснуудыг харж чадна.
Натрийн ионы батерей: Илүү нөөцөд ээлтэй хувилбар
Натри нь литигээс илүү элбэг бөгөөд амархан хүртээмжтэй байдаг тул натрийн ион (Na-ион)-ыг литийн оронд орлуулагч гэж үзэж эхэлж байна. Нийлүүлэлтийн сүлжээ болон тогтвортой байдлын үүднээс авч үзвэл энэ нь сонирхол татахуйц юм: түүхий эдийн өртөг илүү тогтвортой байж, литийн хамаарал буурдаг.
Na-ионы сул тал нь түүний энергийн нягтрал бөгөөд ерөнхийдөө Li-ion-оос бага байдаг. Тиймээс хэмжээ, жинд маш мэдрэмтгий ухаалаг гар утасны хувьд Na-ион нь одоогоор үндсэн сонголт биш юм. Гэсэн хэдий ч энэ технологи хурдацтай хөгжиж байна. Анхан шатны төхөөрөмж, дагалдах хэрэгсэл эсвэл хямд өртөгтэй, урт хугацааны ашиглалтын хугацаатай зах зээл гэх мэт тодорхой нөхцөл байдалд натри-ион нь ирээдүйд сонирхол татахуйц сонголт болж магадгүй юм.
Шинэ үеийн хурдан цэнэглэлт: Энэ нь зөвхөн том ватт биш юм
Олон хүн батерейны шинэчлэлийг зөвхөн багтаамж гэж боддог. Гэсэн хэдий ч хурдан цэнэглэх технологи хурдацтай хөгжиж байна. Бид одоо зарим төхөөрөмжид 67Вт, 100Вт, тэр ч байтугай илүү өндөр цэнэглэх хурдыг харж байна. Гэсэн хэдий ч шинэ үеийн хурдан цэнэглэлтийн мөн чанар нь зөвхөн ваттын хэмжээг нэмэгдүүлэх тухай биш; энэ нь дулааныг удирдах, батерейны эсийн эрүүл мэндийг хадгалах тухай юм.
Нийтлэг арга бол "хос эстэй" эсвэл "олон эстэй" батерей бөгөөд батерейг зэрэгцээ эсвэл тодорхой хэв маягаар цэнэглэгдсэн хоёр элементэд хуваадаг. Энэ нь элемент тус бүрт бага гүйдэл, дулааны хяналтыг сайжруулах, задралыг хурдасгахгүйгээр хурдан цэнэглэх боломжийг олгодог.
Түүнчлэн, температур, хэрэглээний хэв маяг, хэрэглэгчийн зуршилд суурилсан дасан зохицох цэнэглэх алгоритмууд илүү ухаалаг болж байна. Утсыг шөнөжин залгуурт нь үлдээх үед систем нь цэнэглэлтийг дуустал удаашруулах эсвэл батерейг тодорхой түвшинд (жишээлбэл, 80–90%) барьж, дараа нь хэрэглэгч сэрэхээс өмнө бүрэн цэнэглэнэ. Энэхүү стратеги нь батерейны ашиглалтын хугацааг мэдэгдэхүйц уртасгадаг.
Батерейны удирдлагын систем (BMS) болон хиймэл оюун ухаан: Батерейны ашиглалтын хугацааны ард байгаа тархи
Орчин үеийн батерейны технологи нь зөвхөн химийн тухай төдийгүй менежментийн тухай юм. Батерейны удирдлагын системүүд (BMS) улам бүр боловсронгуй болж байна: тэд аюултай нөхцөл байдлаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд хүчдэл, гүйдэл, температур, тэр ч байтугай дотоод эсэргүүцлийг хянадаг. Ухаалаг гар утсанд BMS нь гүйцэтгэл болон үр ашгийг тэнцвэржүүлэхийн тулд цахилгаан чип болон програм хангамжтай хамт ажилладаг.
Хиймэл оюун ухааны тусламжтайгаар утаснууд хэрэглэгчид хэзээ илүү их эрчим хүч хэрэгтэй болох, хэзээ хэмнэх, дэлгэц, 5G модем, CPU/GPU болон арын аппликейшнуудад нөөцийг хэрхэн хуваарилах зэргийг урьдчилан таамаглаж чадна. Үр дүн нь ихэвчлэн энгийн мэт санагддаг - батерейны ашиглалтын хугацаа уртсах - гэхдээ үүний цаана жижиг батерейг "том" мэт мэдрүүлдэг нарийн төвөгтэй оновчлолууд байдаг.
Шинэ материал ба дизайн: Ширээгүй эсээс илүү үр ашигтай сав баглаа боодол хүртэл
Батерей угсрах аргад ч мөн инновациуд гарч ирж байна. "Ширээгүй" загварууд (уламжлалт хавчааргүй) болон оновчтой гүйдлийн замууд нь дотоод эсэргүүцлийг бууруулж, дулааныг бууруулж, үр ашгийг нэмэгдүүлэх боломжтой. Цаашилбал, батерейны сав баглаа боодол нь илүү ухаалаг болж байна: утасны доторх хоосон зайг багасгаж, бүтцийг бэхжүүлж, дулааны хамгаалалтын давхаргыг сайжруулсан.
Зарим үйлдвэрлэгчид энергийн нягтралыг нэмэгдүүлэхийн тулд илүү нарийвчлалтай давхарлах техник (электродын давхаргыг давхарлах)-ийг судалж байна. Энэ техник нь батерейг ижил эзэлхүүнтэй илүү идэвхтэй материалыг багтаах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр физик хэмжээг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэхгүйгээр багтаамжийг нэмэгдүүлдэг.
Аюулгүй байдал ба байгаль орчны талууд
Батерейны гүйцэтгэлийг сайжруулах нь аюулгүй байдалтай тэнцвэртэй байх ёстой. Салгагч, илүү тогтвортой электролитийн материал, нэмэлт температур мэдрэгчийн шинэчлэлүүд гол чиг хандлага болж байна. Ухаалаг гар утаснууд нь техник хангамжаас (гал хамгаалагч, дулааны хяналт) програм хангамж хүртэл (халуунд цэнэглэх хязгаарлалт) олон давхар хамгаалалтаар тоноглогдож байна.
Байгаль орчны үүднээс авч үзвэл дахин боловсруулалт улам бүр анхаарал татаж байна. Урт хугацааны батерей нь төхөөрөмжийг солих давтамжийг бууруулдаг. Цаашилбал, үнэтэй эсвэл өндөр нөлөөлөлтэй материалын хэрэглээг бууруулах (кобальтын хэрэглээг оновчтой болгох зэрэг) судалгаа үргэлжлэн урагшилсаар байна. Цаашид зөвхөн хүчирхэг төдийгүй дахин боловсруулахад хялбар батерейнууд улам бүр эрэлт хэрэгцээтэй стандарт болох болно.
Дараагийн 2-5 жилд хэрэглэгчид юу хүлээж болох вэ?
Богино хугацаанд хэрэглэгчид цахиурын анодын ачаар илүү үр дүнтэй хүчин чадал, илүү аюулгүй хурдан цэнэглэлт, илүү ухаалаг хиймэл оюун ухаанд суурилсан эрчим хүчний менежмент зэрэг аажмаар сайжрах болно. Дунд хугацаанд хатуу төлөвт төхөөрөмжүүд хязгаарлагдмал хэмжээгээр гарч ирж магадгүй ч өндөр өртөгтэй тул анхандаа дээд зэрэглэлийн сегментэд гарч ирэх магадлалтай.
Эцсийн эцэст, ухаалаг гар утасны шинэ батерейны технологийн зорилго нь зөвхөн "мАч тоо"-ны тухай биш, харин илүү тайван туршлагыг бий болгох явдал юм: удаан эдэлгээтэй, хурдан цэнэглэгддэг, температурын хяналт сайтай, өдөр тутмын эрчимтэй хэрэглээний үед ч батерейны эрүүл мэндийг хадгалдаг утаснууд. Хими, дизайн, програм хангамжийн шинэчлэлүүдийн хослолоор ухаалаг гар утасны батерейны ирээдүй улам бүр ирээдүйтэй харагдаж байгаа бөгөөд олон хэрэглэгчдийн мөрөөдөлд ойртож байна: чухал үйл ажиллагааны дундуур цэнэг дуусах вий гэж санаа зовохоо больсон.
Хэрэв та хүсвэл би энэ нийтлэлийг илүү техникийн хувилбар (электролит, энергийн нягтрал, мөчлөгийн тайлбартай) эсвэл бүтээгдэхүүний жишээ болон зах зээлийн хамгийн сүүлийн үеийн чиг хандлагыг нэмж оруулах зэрэг ерөнхий уншигчдад зориулсан илүү түгээмэл хувилбар болгон өөрчилж болно.
