Литий-ионные аккумуляторы служат питанием нашим устройствам уже более трех десятилетий и постоянно совершенствуются. Однако эта технология достигла своего предела зарядной мощности, что потребовало поиска альтернативы. Вот тут-то и появляются кремний-углеродные батареи. Эти батареи отличаются более высокой плотностью и лучшей способностью сохранять заряд, что открывает путь к устройствам, которые работают дольше, сохраняя или даже уменьшая свои текущие размеры. Вот все, что вам нужно знать об этом. Кремний-углеродные батареи являются одним из важнейших достижений в области аккумуляторных технологий, предлагая решение проблемы растущего энергопотребления современных интеллектуальных устройств. По сравнению с литий-ионными аккумуляторами эти аккумуляторы обладают на 3% большей емкостью хранения энергии, что означает гораздо более длительный срок службы батареи. Кроме того, кремний-углеродные батареи демонстрируют лучшую производительность при более низких температурах, что делает их идеальными для использования в различных условиях.
Что такое кремний-углеродные батареи?
Кремний-углеродные батареи — это новейшая инновация в технологии мобильных батарей, в основном используемых в смартфонах. Эти батареи обладают более высокой плотностью энергии, чем литий-ионные (Li-ion) батареи, удерживают больший заряд на аноде, при этом сохраняя аналогичные или даже меньшие размеры , чем обычные литий-ионные батареи.
Благодаря технологии кремний-углеродных батарей производители могут использовать в своих устройствах батареи большей емкости без ущерба для габаритов устройства. Благодаря своей плотности, эти батареи могут накапливать примерно на 25% больше заряда . Фактически, кремний-углеродная батарея тех же размеров, что и литий-ионная батарея емкостью 5,000 мАч, может выдавать до 6,200 мАч энергии.
В то время как максимальная теоретическая плотность энергии литий-ионных батарей составляет около 387 Вт·ч/кг, кремний-углеродные батареи могут превышать этот предел, достигая до 600 Вт·ч/кг . Чистый кремний может вмещать 3500 Вт·ч/кг, но это приводит к быстрому расширению. Поэтому для стабилизации материала вводят углерод.
Как работают кремний-углеродные батареи?
Несмотря на название, основные принципы работы кремний-углеродных батарей остаются неизменными. Они по-прежнему транспортируют ионы лития к катоду для генерации заряда. Однако вместо графитового анода в этих батареях используется кремний-углеродный композит. Благодаря большей плотности и большей емкости, общий размер остается тем же, а емкость увеличивается. Эта технология также известна как улучшенные литий-ионные батареи.
Причина повышенной плотности энергии кремний-углеродных батарей кроется в различиях материалов, используемых для изготовления анода. В литий-ионных батареях ионы лития хранятся в графитовом аноде, по сути, скользя между слоями графена. Максимальное количество ионов лития, которое может вместить графен, составляет 1:6. Однако кремний-углеродный композит может вместить 15 атомов лития на каждые 3 атома кремния , что значительно повышает эффективность хранения энергии.
Если вы не знакомы с принципом работы батареи, ионы лития, хранящиеся в аноде, перемещаются к катоду, который обычно изготавливается из оксидов металлов на основе лития, чаще всего из оксида лития-кобальта. При использовании устройства ионы перемещаются от анода к катоду, вырабатывая энергию, необходимую для питания всех компонентов.
Однако когда вы подключаете телефон к зарядному устройству, ток зарядного устройства заставляет ионы лития из катода перемещаться к аноду. Общие характеристики литий-ионных и кремний-углеродных аккумуляторов остаются одинаковыми – они выдерживают более 1000 циклов зарядки без эффекта памяти и имеют малый вес. Эта разработка открывает путь к более быстрым и эффективным технологиям зарядки.
Преимущества кремний-углеродных аккумуляторов
Главное преимущество заключается в том, что благодаря большей плотности кремний-углеродного композита производители могут накапливать больше энергии в относительно тонкой ячейке. А поскольку в кремний-углеродных батареях используется кремний-углеродный анод, отсутствие графитовых слоев означает, что они заряжаются намного быстрее и эффективнее, примерно до 80 ватт и более, без многоячеечной конфигурации.
И наконец, благодаря более плотным батареям, способным удерживать больший заряд, производители могут создавать более крупные батареи или использовать батареи большей емкости в устройствах с меньшими размерами или более тонким корпусом . Это гарантирует, что пользователям не придется идти на компромисс в отношении конструктивных особенностей.
OPPO Find N5 — отличный пример того, как компании удалось уменьшить толщину устройства, увеличив при этом общую емкость аккумулятора на целых 15% (4,850 мАч против 5,600 мАч).
Кремний-углеродные и литий-ионные: в чем разница?
Одним из важнейших различий между кремний-углеродными и литий-ионными аккумуляторами является материал анода. В литий-ионных аккумуляторах используется графит, способность которого удерживать заряд улучшилась с момента появления литий-ионных аккумуляторов. Однако плотность графита намного ниже, чем у кремний-углерода, и для быстрой зарядки требуется многоэлементная конструкция. Вот таблица, которая поможет понять различия.
Технические характеристики
Кремний-Углерод
Литий-ионный (графитовый)
Материал анода
Смесь кремния и углерода
графит
теоретическая плотность
около 600 Вт/кг
около 387 Вт/кг
Скорость доставки
Быстрее
Медленнее, для быстрой зарядки требуется несколько ячеек
Диапазон напряжения
3.2V - 4.4V
3.0V - 4.2V
Размер и вес
Толще и может быть тоньше
Стандартный размер
термическая стабильность
أفضل
Умеренный
жизненный цикл
1,000+ курсов
1,000+ курсов
Емкость заряда аккумулятора
на 20–30 % больше, чем у литий-ионных аккумуляторов
стандарт
В чем разница между карбидом кремния и кремниевым углеродом?
Вы можете столкнуться с тем, что некоторые люди используют эти два термина как взаимозаменяемые, что вполне объяснимо, если они не знакомы с соответствующей технологией. Но удивительно видеть, как MKBHD допускает ту же ошибку в своем обзоре Galaxy S25 Ultra, тем более, что он также делает обзоры электромобилей. Хотя и кремнийуглерод, и карбид кремния ассоциируются с аккумуляторами и зарядкой, это две совершенно разные вещи.
Углерод кремния используется в батареях, тогда как карбид кремния в основном применяется в источниках питания, таких как зарядные устройства, адаптеры и другие аксессуары. Карбид кремния более близок к нитриду галлия (GaN), который широко используется в зарядных устройствах для смартфонов. Когда его применение расширяется для удовлетворения потребностей промышленного электропитания или для быстрых автомобильных зарядных устройств, карбид кремния используется благодаря своей исключительной способности выдерживать высокое напряжение и превосходной теплопроводности.
Телефоны, использующие кремний-углеродные батареи
Многие производители смартфонов, включая OnePlus, Xiaomi, Realme, OPPO и Honor, перешли на использование кремний-углеродных аккумуляторов. Это касается и новейшего OnePlus 13 , который может похвастаться батареей емкостью 6,000 мАч, несмотря на то, что он значительно тоньше своего предшественника. Аналогично, Tecno Spark Slim, несмотря на свой тонкий корпус толщиной 5.75 мм , оснащен батареей емкостью 5200 мАч , благодаря этой новой технологии. OPPO Find N5 — еще один отличный пример, где компания использовала кремний-углеродные аккумуляторы для создания невероятно тонкого складного телефона.
Хотя китайские производители сейчас прокладывают путь, понадобится как минимум год или два, чтобы кремний-углеродные аккумуляторы достигли уровня телефонов Pixel и Samsung. К сожалению, в предстоящем Galaxy S25 Edge не будет использоваться эта технология аккумулятора, и по этой причине Samsung следовало бы отложить запуск. Однако, по имеющимся данным, корейский гигант может начать использовать его уже со следующего года.
Являются ли кремний-углеродные батареи менее загрязняющими?
Хотя мы хотели бы изучить экологические преимущества кремний-углеродных аккумуляторов по сравнению с литий-ионными (Li-Ion) аккумуляторами, имеющаяся информация, подтверждающая эти преимущества, ограничена. С одной стороны, силикон широко доступен повсюду, что делает его экологически чистым. Однако для производства этих батарей требуется использование кремния высочайшей чистоты, что требует больших затрат энергии.
Кроме того, эта технология по-прежнему основана на использовании лития и кобальта, а для их добычи требуются огромные объемы воды. Поэтому, хотя кремний-углеродные батареи могут быть несколько лучше для окружающей среды, они не являются полностью идеальными.
Что вы думаете о кремний-углеродных батареях? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже.
С точки зрения потребителя кремний-углеродные батареи не имеют существенных недостатков. Большинство проблем лежит на стороне производителей, например, цена, потенциальные проблемы расширения, рыночная адаптация и многое другое. До сих пор эти проблемы решаются весьма успешно.
Нет достаточных фактических данных, позволяющих предположить, что кремний-углеродные аккумуляторы служат дольше, чем их литий-ионные аналоги. Теоретически он должен прослужить дольше из-за лучшей термостойкости.
Хотя основная причина заключается в том, что эта технология относительно новая, Samsung проявляет осторожность, поскольку продает гораздо больше смартфонов. Компания хочет провести тщательное тестирование технологии, чтобы гарантировать ее безопасность.
Комментарии закрыты.