Технологияи нави батарея барои смартфонҳо
Дар солҳои охир, навовариҳо дар смартфонҳо босуръат суръат гирифтанд: камераҳо тезтар, экранҳо равшантар ва пайвастшавӣ тезтар шуд. Аммо, як ҷузъе, ки бисёре аз корбарон онро "қафомонда" мешуморанд: батарея. Дар ҳоле ки иқтидори миёнаи батарея афзоиш ёфтааст, талабот ба нерӯи барқ низ аз сабаби барномаҳои серталаб, экранҳои навсозии баланд ва истифодаи шадиди зеҳни сунъӣ ва 5G афзоиш ёфтааст. Аз ин рӯ, технологияи нави батарея барои смартфонҳо ба як мавзӯи муҳим табдил ёфтааст - на танҳо дар бораи мӯҳлати кори тамоми рӯзонаи батарея, балки инчунин дар бораи бехатарӣ, суръати пуркунӣ, мӯҳлати кор ва таъсири муҳити зист.
Чаро батареяҳои смартфонҳо ба технологияи нав ниёз доранд?
Батареяҳои литий-ион (Li-ion) ва литий-полимерӣ (Li-Po) то ҳол дар бозор бартарӣ доранд. Ҳарду боэътимод будани худро исбот кардаанд, аммо маҳдудиятҳо доранд: зичии энергия дар тӯли солҳо ба таври назаррас беҳтар намешавад, хатари аз ҳад зиёд гарм шудан боқӣ мемонад ва бо давраҳои пуркунӣ коҳиши иқтидор (саломатии батарея) ба амал меояд. Истифодабарандагон мехоҳанд, ки батареяҳое, ки дарозтар кор кунанд, зудтар пур шаванд, зуд холӣ нашаванд ва ҳатто барои истифодаи зиёд, ба монанди бозӣ, видеои 4K ё пайвастшавӣ бехатар бошанд.
Технологияи нави батарея ҳамчун посух ба чор мушкилоти асосӣ пешниҳод мешавад: (1) афзоиши иқтидор бе ғафс кардани корпуси телефон, (2) суръат бахшидан ба пуркунии барқ бе осеб расонидан ба батарея, (3) баланд бардоштани бехатарӣ, то хатари сӯхтор ё варам камтар шавад ва (4) дароз кардани мӯҳлати кори батарея, то ки кор солҳо устувор боқӣ монад.
Анодҳои кремний: иқтидори баландтар дар андозаи монанд
Яке аз муҳимтарин дастовардҳои имрӯза истифодаи анодҳои кремнийӣ мебошад, ки қисман (бо кремний омехташуда) ё асосан кремний (бо кремний бой) мебошанд. Дар батареяҳои анъанавии литий-ион, анод одатан графит аст. Кремний метавонад назариявӣ нисбат ба графит ионҳои литийро хеле бештар нигоҳ дорад ва бо ин васила зичии энергияро афзоиш медиҳад.
Аммо, кремний як мушкили ҷиддӣ дорад: он ҳангоми пайваст шудан ба литий васеъ мешавад ва сипас ҳангоми хориҷ кардан дубора хурд мешавад. Ин давраи васеъшавӣ-кашишхӯрӣ метавонад ба сохтори анод зарар расонад ва вайроншавиро суръат бахшад. Аз ин рӯ, роҳҳои ҳалли васеъ таҳияшуда хӯлаҳои графит-кремний, тарҳҳои наносохтории кремний ва пайвасткунандаҳо ва электролитҳои нав ва устувортарро дар бар мегиранд.
Таъсир барои корбарони смартфонҳо назаррас аст: истеҳсолкунандагон метавонанд иқтидорҳои калонтарро бидуни афзоиши назарраси ҳаҷми батарея пешниҳод кунанд ё иқтидорро нигоҳ доранд ва ҳамзамон телефонҳоро тунуктар кунанд. Ин инчунин пуркунии босуръати устувортарро дастгирӣ мекунад, зеро муқовимати дохилиро тавассути муҳандисии мавод зиёд кардан мумкин аст.
Батареяҳои сахти ҳолати сахт: Бехатарӣ ва зичии энергия
Батареяҳои сахт аксар вақт ҳамчун "оянда"-и саноати батарея номида мешаванд. Бар хилофи батареяҳои анъанавии литий-ион, ки аз электролитҳои моеъ ё гелӣ истифода мебаранд, батареяҳои сахт аз электролитҳои сахт истифода мебаранд. Бартарии асосии онҳо бехатарӣ аст: электролитҳои сахт камтар оташгирандаанд ва хатари ихроҷ ё аксуламалҳои хатарнокро ҳангоми осеби ҷисмонӣ ба батарея кам мекунанд.
Ғайр аз ин, технологияи сахти ҳолати телефонӣ дорои имконияти афзоиши зичии энергия буда, имкон медиҳад, ки дар ҳаҷми хурдтар иқтидори бештар ба даст оварда шавад. Аммо, татбиқи он дар смартфонҳо бо сабаби хароҷоти баланди истеҳсолӣ, мушкилоти интерфейс байни электролитҳои сахт ва электродҳо ва ниёз ба истеҳсоли дақиқ душвор боқӣ мемонад. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот ва сармоягузорӣ дар ин соҳа назаррасанд. Агар технологияи сахти ҳолати телефонӣ воқеан барои дастгоҳҳои истеъмолӣ пухта расад, мо метавонем телефонҳоеро бубинем, ки мӯҳлати хизмати батареяашон ба таври назаррас дарозтар ва амнияти бештар доранд.
Батареяҳои натрий-ион: алтернативаи бештар аз ҷиҳати захираҳо мусоид
Иони натрий (Na-ion) ҳамчун алтернатива ба литий баррасӣ мешавад, зеро натрий нисбат ба литий фаровонтар ва дастрастар аст. Аз нигоҳи занҷираи таъминот ва устуворӣ, ин ҷолиб аст: хароҷоти ашёи хом метавонад устувортар бошад ва вобастагӣ аз литий кам шавад.
Камбудии Na-ion зичии энергияи он аст, ки одатан нисбат ба Li-ion пасттар аст. Аз ин рӯ, барои смартфонҳо, ки ба андоза ва вазн хеле ҳассосанд, Na-ion ҳанӯз интихоби асосӣ нест. Аммо, ин технология босуръат рушд мекунад. Дар баъзе сенарияҳо, ба монанди дастгоҳҳои сатҳи ибтидоӣ, лавозимот ё бозорҳое, ки хароҷоти кам ва давраҳои умри дарозро меҷӯянд, иони натрий метавонад дар оянда як варианти ҷолиб бошад.
Насли нави пуркунии барқи зуд: Ин на танҳо ваттҳои калон аст
Бисёриҳо фикр мекунанд, ки навовариҳои батарея танҳо ба иқтидор вобастаанд. Бо вуҷуди ин, технологияи пуркунии зуд низ босуръат пеш меравад. Ҳоло мо дар баъзе дастгоҳҳо суръати пуркунии 67 Вт, 100 Вт ва ҳатто баландтари онро мебинем. Бо вуҷуди ин, моҳияти пуркунии зуди насли нав на танҳо ба зиёд кардани ватт, балки ба идоракунии гармӣ ва нигоҳ доштани саломатии ҳуҷайраҳои батарея низ дахл дорад.
Як усули маъмул батареяи "ду ҳуҷайра" ё "бисёр ҳуҷайра" мебошад, ки дар он батарея ба ду ҳуҷайра тақсим мешавад, ки ба таври мувозӣ ё бо тартиби муайян заряднок карда мешаванд. Ин имкон медиҳад, ки ҷараёни камтар барои ҳар як ҳуҷайра, назорати беҳтари гармӣ ва пуркунии тезтар бидуни суръат бахшидан ба вайроншавӣ ба амал ояд.
Илова бар ин, алгоритмҳои пуркунии мутобиқшаванда, ки ба ҳарорат, тарзи истифода ва одатҳои корбар асос ёфтаанд, оқилонатар мешаванд. Система ҳангоми шабона пайваст мондани телефон, пуркунии барқро дар охири кор суст мекунад ё батареяро дар сатҳи муайян (масалан, 80-90%) нигоҳ медорад ва сипас пеш аз бедор шудани корбар пуркуниро ба анҷом мерасонад. Ин стратегия мӯҳлати кори батареяро ба таври назаррас дароз мекунад.
Системаи идоракунии батарея (BMS) ва зеҳни сунъӣ: Мағзи сари ҳаёти батарея
Технологияи муосири батарея на танҳо ба химия, балки ба идоракунӣ низ дахл дорад. Системаҳои идоракунии батарея (BMS) рӯз аз рӯз такмил меёбанд: онҳо шиддат, ҷараён, ҳарорат ва ҳатто муқовимати дохилиро барои пешгирӣ аз шароити хатарнок назорат мекунанд. Дар смартфонҳо, BMS дар баробари чипи барқ ва нармафзор кор мекунад, то самаранокӣ ва самаранокиро мувозинат кунад.
Бо ёрии зеҳни сунъӣ, телефонҳо метавонанд пешгӯӣ кунанд, ки кай корбарон ба нерӯи бештар ниёз доранд, кай онро сарфа кунанд ва чӣ гуна захираҳоро барои дисплей, модеми 5G, CPU/GPU ва барномаҳои замина тақсим кунанд. Натиҷа аксар вақт оддӣ ба назар мерасад - мӯҳлати хизмати батарея дарозтар мешавад - аммо дар паси парда оптимизатсияҳои мураккабе ҳастанд, ки батареяи хурдро "калонтар" меҳисобанд.
Маводҳо ва тарҳҳои нав: Аз ҳуҷайраҳои бе миз то бастабандии самараноктар
Инчунин, дар тарзи васлкунии батареяҳо навовариҳо ба амал меоянд. Тарҳҳои "бе миз" (бе ҷадвалбандиҳои анъанавӣ) ва роҳҳои оптималии ҷараён метавонанд муқовимати дохилиро кам кунанд, гармиро кам кунанд ва самаранокиро афзоиш диҳанд. Ғайр аз ин, бастабандии батарея оқилонатар мешавад: фазои холӣ дар дохили телефон ба ҳадди ақал расонида мешавад, сохтор мустаҳкам карда мешавад ва қабати муҳофизати гармӣ беҳтар карда мешавад.
Баъзе истеҳсолкунандагон инчунин усулҳои дақиқтари ҷамъкунӣ (ҷамъкунии қабатҳои электрод)-ро барои афзоиши зичии энергия меомӯзанд. Ин усул ба батареяҳо имкон медиҳад, ки маводи фаъолтарро дар ҳамон ҳаҷм ҷойгир кунанд ва иқтидорро бе афзоиши назарраси андозаи физикӣ афзоиш диҳанд.
Ҷанбаҳои бехатарӣ ва экологӣ
Беҳтар кардани кори батарея бояд бо бехатарӣ мувозинат карда шавад. Навовариҳо дар ҷудокунакҳо, маводҳои устувортари электролит ва сенсорҳои иловагии ҳарорат ба тамоюлҳои асосӣ табдил меёбанд. Смартфонҳо инчунин бо қабатҳои сершумори муҳофизатӣ муҷаҳҳаз шудаанд: аз сахтафзор (фишурдаҳо, назорати гармӣ) то нармафзор (маҳдудиятҳои пуркунии барқ ҳангоми гармӣ).
Аз нигоҳи экологӣ, коркарди такрорӣ таваҷҷӯҳи бештарро ба худ ҷалб мекунад. Батареяҳои дарозмуддат басомади иваз кардани дастгоҳҳоро кам мекунанд. Ғайр аз ин, таҳқиқот дар самти кам кардани истифодаи маводҳои гаронбаҳо ё таъсири баланд (аз ҷумла беҳсозии истифодаи кобалт) идома доранд. Дар оянда, батареяҳое, ки на танҳо пурқувватанд, балки инчунин ба осонӣ коркард мешаванд, ба стандарти рӯзафзун табдил хоҳанд ёфт.
Истифодабарандагон дар 2-5 соли оянда чиро интизор шуда метавонанд?
Дар муддати кӯтоҳ, корбарон эҳтимолан беҳбудиҳои тадриҷиро мушоҳида хоҳанд кард: иқтидори самаранокии баландтар ба шарофати анодҳои кремний, пуркунии босуръати бехатар ва идоракунии оқилонаи нерӯи барқ дар асоси зеҳни сунъӣ. Дар муддати миёна, ҳолати сахт метавонад ба таври маҳдуд пайдо шавад, гарчанде ки эҳтимолан дар аввал дар сегменти премиум аз сабаби арзиши баланди он.
Дар ниҳоят, ҳадафи технологияи нави батареяи смартфонҳо на танҳо дар бораи "рақамҳои калони mAh" аст, балки таҷрибаи оромтар аст: телефонҳое, ки муддати тӯлонӣ кор мекунанд, зудтар пур мешаванд, назорати беҳтари ҳарорат доранд ва ҳатто дар истифодаи шадиди ҳаррӯза саломатии батареяро нигоҳ медоранд. Бо омезиши навовариҳо дар химия, тарроҳӣ ва нармафзор, ояндаи батареяҳои смартфонҳо торафт умедбахштар ба назар мерасад ва ба орзуи бисёре аз корбарон наздиктар аст: дигар хавотир нашавед, ки дар миёнаи як фаъолияти муҳим аз барқ хомӯш шавед.
Агар шумо хоҳед, ман метавонам ин мақоларо ба версияи техникии бештар (бо шарҳи электролитҳо, зичии энергия ва давраҳо) ё версияи маъмултар барои хонандагони умумӣ, аз ҷумла илова кардани мисолҳои маҳсулот ва тамоюлҳои охирини бозор, мутобиқ кунам.
