Авторы 4pda указали на новый смартфонный тренд — кремний-углеродные аккумуляторы. Вместо обычного графита на аноде используется материал с кремнием (Si, Silicone):
- чаще всего карбид кремния (Silicon Carbide, SiC);
- реже диоксид кремния (Silicon dioxide, SiO2).
🔗 Сам материал небольшой — ссылка на источник.
Там говорится про ёмкость до 7000 мАч в тонких корпусах. Xiaomi, Vivo, OnePlus, Honor — все крупные игроки ввязались в эту гонку. Realme GT7 Pro c 6500 мАч даже тоньше предшественника. А игровой Red Magic 10 Pro вообще зверь — 7050 мАч! Все они оснащены литий-ионными аккумуляторами с кремний-углеродным анодом.
Так-то 🔥! Но есть нюансы.
Недостатки кремний-углеродных аккумуляторов (Nano-Composite Silicon, NCS, Titan Silicon Battery, Li-ion Silicon)
Карбид кремния (SiC) – это не новый, а хорошо изученный материал, который сейчас находит новое применение в аккумуляторах.
Продвижением кремниевых анодов сейчас активно занимается TDK и CATL, на близком подступе Amperex. Последняя является основным поставщиком мобильных «батареек» для телефонов и гаджетов, в том числе частично поставляет химию для питания флагманских Samsung и iPhone. Но также ранее попадала в скандал из-за массового брака батарей для Samsung [источник].
А вот в Neovolt мы немного скептически настроены. 🤨 Да, кремний — это круто, но пока рано говорить о революции.
👇 Есть три важных момента, которые следует учесть при выборе смартфонов на базе таких аккумуляторов.
1. Деградация
Кремний увеличивает ёмкость. То есть батарея дольше держит заряд в тех же размерах, что и литий-ионные элементы на графитовых анодах.
🔻 Но как насчёт срока службы?
В исследованиях пишут, что из-за изменения объёма кремния при литировании/делитировании до 320% такие аноды быстро деградируют. То есть с «расширением» случается распад и повреждение материала SEI (Solid Electrolyte Interphase) — защитной плёнки на поверхности электрода.
Материал растрескивается, теряется электрический контакт. У всей системы сокращается срок службы из-за образования неактивного лития, нестабильности SEI и других факторов.
Что видит пользователь смартфона? Просто гаджет быстрее начинает разряжаться, так как падает ёмкость до катастрофически низких значений <60% от номинала за ~300 циклов (у графитовых ~500 циклов до 80%).
Для исправления ситуации производители экспериментируют, например, использованием наноструктур или специальных покрытий, присадок в электролит. Такие подходы помогают увеличить срок службы, но подробности не раскрываются (коммерческая тайна).
2. Зарядка
Кремний-углеродные аккумуляторы потенциально могут заряжаться быстрее, но на практике производители ограничивают мощность зарядки из соображений безопасности.
Быстрое изменение объёма кремния во время циклирования усложняет формирование стабильного SEI, что критически влияет на стабильность химической реакции при быстрой зарядке. В исследованиях отмечают перегрев и деградацию материала вследствие использования сверхбыстрых зарядок.
3. Стоимость
Новые технологии – это всегда дорого. Пока что смартфоны с кремний-углеродными батареями не всем по карману. В целом, кремний – более дешевая альтернатива суперэффективному графену на аноде. Но производство ещё не налажено для кремний-углеродных анодов, это всё ещё сложнее и дороже, чем распространённые графитовые аноды.
«Себестоимость производства кремний-углеродных материалов выше, а процесс производства сложнее», — говорят исследователи.
***
Пока кремний-углеродные батареи — это больше перспективная технология, нежели революция. В Neovolt мы продолжаем изучать эту область науки, чтобы создавать надёжные и доступные аккумуляторы будущего.
Всё о кремний-углеродных анодах для аккумуляторов мобильной электроники вы можете почитать в исследовании «Silicon-Based Anodes for Lithium-Ion Batteries: From Fundamentals to Practical Applications» 2018-го года — это колыбель используемой сейчас технологии [https://doi.org/10.1002/smll.201702737]*.
* - Для доступа нужна регистрация в базе исследований, либо скачайте через известный учёным бот в «Телеграм» SciArticle (ссылку на него ищите сами, публиковать её, вроде как, нельзя). Если лень заморачиваться, то адаптация на русский язык есть в научпоп статье здесь. Хоть там и мало фактов, ознакомиться с технологией вполне сойдёт.
Также есть очень свежие исследования стэнфордских учёных в работах «Capacity recovery by transient voltage pulse in silicon-anode batteries» [DOI: 10.1126/science.adn1749] и «Electric pulses rejuvenate batteries» [DOI: 10.1126/science.ads9691] от 2024-го года. Общедоступный материал публиковали TechExplore.
Исследователи экспериментировали с различными типами кремниевых анодов и обнаружили, что пятиминутный импульс электричества может частично восстановить ёмкость*. Подача электричества на анод притягивает изолированные частицы кремния обратно к аноду, позволяя им удерживать заряд. Чем больше электричества подаётся, тем больше восстанавливается мощность, но слишком большое количество может разрушить электролит. Эти открытия требуют изменить протоколы зарядников, чтобы решить проблему с быстрой деградацией кремниевых батарей.
* - всё еще на стадии экспериментальных исследований.
Отдельная публикация по технологии Silicon-Carbon Battery есть у Honor [источник]. Например, там упоминается встроенный чип HONOR E1, который протоколирует быстрый заряд так, что Magic 6 Pro заряжается до 80% за 29 минут (на пике до 80 Вт). Производитель отмечает, что технология дороже графитовой, но оправдана. Также у Honor якобы уже три поколения кремний-углеродных батарей, где улучшения затронули сохранение ёмкости в зимний период.
В обозримом будущем ожидают открытия для таких материалов, как нанокремний и субмикронный кремний. Если, конечно, учёным удастся решить ряд проблем.
🔻🔋 Список примеров гаджетов, где есть кремний-углеродная батарея:
- Huawei Mate 70
- Honor Magic5 Pro (SiC)
- Honor Magic6 и Magic6 Pro
- Honor Magic7 и Magic7 Pro
- Honor Magic V3
- Honor Magic V2 (SiC)
- Honor Watch 5
- Honor 200 Pro
- Vivo iQoo 13
- Vivo iQOO Z9 Turbo+
- Vivo Vivo X200
- Vivo Vivo X200 Pro
- Vivo Vivo X200 mini
- Nubia RedMagic 10 Pro и RedMagic 10 Pro Plus (SiC)
- Nubia Z60 Ultra (SiC)
- Nubia Z60s Pro (SiC)
- Nubia Z70 Ultra (SiC)
- Realme GT 7 Pro
- OPPO Reno12
- OPPO Find X8 Pro
- OnePlus 13
- Xiaomi 15 Pro
- Xiaomi Mix Fold 3
- Xiaomi Mi 11 Ultra (SiO2)
- Xiaomi Mi 14 Ultra (SiC)
Некоторые модели, например, Honor Magic6, имеют батареи разных поставщиков для разных рынков сбыта. Нужно уточнять у продавца тип батареи перед покупкой, если Вы хотите получить именно кремниевый тип анода.
🔻 Ещё подробности об уже вышедших новых технологиях аккумуляторов узнайте в нашей статье.
