Эволюция аккумуляторов мобильных устройств

/ 2893

Эволюция аккумуляторов мобильных устройств

На сегодняшнем этапе развития современных мобильных устройств именно аккумуляторы являются самым слабым звеном всей технологической цепочки. Все использующиеся сегодня в самых популярных или достаточно нишевых девайсах (iPhone, различные модели Vertu, а также другие смартфоны на Android и других платформах) решения, учитывая огромное количество предлагаемых функциональных возможностей, не могут предоставить пользователям и нескольких дней полноценной автономности. Работа в направлении их развития ведется на самом высшем уровне по бесконечно большому числу фронтов, однако количество действительно полезных свершений стремится к бесконечно малому значению – нулю. Тем не менее, современные аккумуляторные батареи прошли действительно длинный исторический путь, корни которого достигают самых «темных» времен.

До наших дней

Мозг — главное преимущество человека перед другими живыми организмами, населяющими планету Земля. Не переставая работать ни днем, ни ночью, он находится в непрерывном «движении». Процесс генерирования все новых и новых идей с самых древних времен был завязан на непонимании большинства физических и химических явлений, наполняющих мир вокруг. Создание какой-либо инновации зачастую проходило три простых стадии — отверждение, забвение и принятие. Сперва ее называли полнейшей ересью, затем забывалась и она сама, и ее создатель, а уж после, если идея имела под собой здравую почву, начиналось ее повсеместное, по возможности, внедрение. Так, например, уже почти три тысячи лет назад древнегреческий философ Фалес обратил внимание на взаимодействие янтаря и шерсти, шаг на четыре сотни лет в прошлое ознаменовался появлением определения электричества, а за два века до дня сегодняшнего некий Вольт заинтересовался пластинами из цинка и меди — именно эти давние события предшествовали появлению современных аккумуляторов, без которых не было бы большинства устройств, дающих возможность ознакомиться с данным материалом.

«Темное» время

«Темное» время

С самых древних времен человечество сталкивалось с событиями, которые не подчинялись тогдашней логике. Дело в том, что каждый отдельный индивидуум и все общество в целом не было знакомо с теми физическими и химическими законами, которые сегодня сможет объяснить даже школьник. Именно поэтому связать трудности очистки самого обыкновенного янтарного веретена от мелких частичек ворса с электричеством дочь древнегреческого философа Фалеса не смогла бы при всем желании. Не смог это сделать и один из самых великих умов того времени. Тем не менее, именно он обратил внимание на этот факт — это событие принято считать точкой отсчета в истории появления современных аккумуляторов. Удивительно, но эти события произошли почти три тысячи лет тому назад.

Средневековье

Средневековье

Средневековье запомнилось историкам терминами «магнитов» и «феамидов». К первой категории тогдашние умы относили все, что связано с притяжением объектов или дополнением ими друг друга, а ко второй, соответственно, отталкиванием. Мужчина и женщина, солнце и тепло, мельница и ветер — это взаимосвязанные понятия, а кошка с собакой, огонь с водой и друзья с врагами — взаимоисключающие. Кстати, именно благодаря этим самым «магнитам» и «феамидам» на современных аккумуляторах есть обозначения плюса и минуса, однако до появления чего-то подобного пройдет еще не один век. Одной из самых ключевых фигур этого времени — конец 16 века — стал Вильям Гильберт Колчестерский, который обратил внимание общественности на различие между магнетизмом и введенным им понятием электричества. На его опытах собственные в дальнейшем базировал Отто Фон Герике, создавший «лейденскую банку», которая считает прообразом современного аккумулятора.

Эпоха великого Вольта

Эпоха великого Вольта

Активную работу по осмыслению электричества в свое время провел гениальный физик Алессандро Вольт. Он принял решение попробовать его, в прямом смысле слова, на вкус. Он клал две монеты из разных металлов на язык и под него. Соединив их проволокой, он начинал ощущать характерный кисловатый привкус — это явление в середине 18 века итальянский ученый Луиджи Гальвани обозначил гальваническим электричеством. В 1798 году Алессандро Вольт изобрел первую электрическую батарею. Принцип ее работы заключался в погружении соединенных последовательно медных и цинковых пластин в раствор кислоты. Химические процессы в данных условиях делали данное устройство отличным для того времени источником тока. До конца 19 века вопросом гальванических батарей занималось огромное количество ученых, среди которых Готеро, Иоганн Риттер, Вильгельм Зингстеден, Гастон Планте, Камилл Фор, Карлом Гасснером и другие. Их наработки используются и в современных аккумуляторных батареях.

Промышленная эра

Промышленная эра

Впереди планеты всей на промышленном фронте аккумуляторных батарей в свое время оказалась американская компания National Carbon Company, которая сегодня нам известна под названием Energizer. Она открылась на территории штата Колумбия в далеком 1896 году. Сперва в производстве аккумуляторов того времени используются наработки Фора, однако уже в 1901 году легендарные умы того времени Томас Эдисон и Вальдмар Юнгнер патентуют несвинцовый тип батарей — никель-кадмиевые и никель-железные. Их аккумуляторы отличались значительным повышением полезного объема во время принципиального уменьшении размера. Тем не менее, их производство было еще очень дорогостоящим, поэтому всемирное распространение данного типа питания электронных устройств произошло немного позже. С понижением стоимости аккумуляторных батарей и общим «электрическим бумом» они получили возможность глобального распространения и повсеместного использования для самых разнообразных нужд.

Наши дни

Развитие современной мобильной пользовательской электроники достаточно давно характеризуется понятием «быстрее-выше-сильнее». Тем не менее, производители находятся в постоянном поиске компромиссов между производительностью и автономностью, а также толщиной корпуса и размером аккумуляторной батареи. С увеличением возможностей современных «умных» устройств время их работы без подзарядки неумолимо сокращается, и уже зачастую составляет менее одного дня полноценного использования. Индустрия ждет революции, однако все перспективные разработки, о которых ведутся разговоры в прессе, дальше этих самых разговоров практически не двигаются.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Первые аккумуляторные батареи, предназначенные для накопления энергии с ее дальнейшей отдачей, появились еще в 19 веке — они основывались на свинцово-кислотной технологии. Несмотря на то, что сегодня ее принято считать архаизмом, именно она заложила ключевые принципы и конструктивные особенности всех современных приемников. Каждый аккумулятор должен состоять из трех основных элементов — анода, катода, которые осуществляли окислительно-восстановительная реакцию, и находящегося между ними электролита. Из-за дороговизны производства, больших размеров и токсичности находящихся в свинцово-кислотных аккумуляторах элементов они были бы непригодны для повсеместного использования в пользовательской электронике. Тем не менее, именно их принято считать прообразом сегодняшних решений.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Первую никель-кадмиевую аккумуляторную батарею изобрел Вальдмар Юнгнер в 1899 году, однако широкого глобального распространения она не получила — всему виной была излишняя дороговизна производственного процесса. Его наработки, однако, стали базой для создания Георгом Нойманом герметичного аналога в 1947 году. Он отличался недорогим технологически видоизмененным изготовлением и способностью выдерживать огромное количество циклов перезарядки. Подобные аккумуляторы начали использоваться повсеместно, однако страны мирового сообщества со временем начали одна за одной отказывать от данного решения. Всему виной стали проблемы с их утилизацией.

Никель-металлогидридные аккумуляторы

Никель-металлогидридные аккумуляторы

Еще одним типом батарей, ключевым элементом которых был никель, стали никель-металлогидридные аккумуляторы. Они широко использовались в первых моделях мобильных телефонов, самым популярных среди которых был тот же Nokia 3310. Они отличались пресловутым «эффектом памяти» — существенным уменьшением ресурса работы батареи при зарядке не полностью разряженного аккумулятора. Это создавало немало трудностей использования устройств на базе подобного решения, поэтому оно достаточно быстро было заменено более прогрессивными наработками.

Литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы

Эра литий-ионных аккумуляторов началась в 70-х годах 20 века. В отличие от никелевых батарей, в данном случае катод состоял из угля, анод — из различных соединений диоксида лития и кобальта, а электролит представлял собой соляной раствор с ионами лития. Данный тип элементов питания широко распространился во все сферы человеческой жизнедеятельности — он использовался в мобильных телефонах, портативной аудио-электронике, цифровых фотоаппаратах и даже ноутбуках. Он был лишен ключевых недостатков своих предшественников вроде «эффекта памяти», а также отличался большим объемом и стабильностью работы. Тем не менее, решение не было лишено недостатков, ключевым среди которых стали проблемы в использовании при низких температурах. Пользователь мог повредить не только саму аккумуляторную батарею, но и устройство при работе с ним при 20 и более градусах мороза.

Литий-полимерные аккумуляторы

Литий-полимерные аккумуляторы

Данный тип аккумуляторов — литий-полимерные батареи — стал логическим продолжением предыдущего. Широкое распространение он получил ближе к миллениуму — рубежу тысячелетий. Его характеризовало применение специального полимерного электролита в виде геля, что давало возможность создание аккумуляторов любых размеров и форм. Основными сложностями в использовании стало обязательное наличие специального контролера, который следит за недопущением излишней разрядки или избыточной зарядки батареи — эти явления могут привести к деформации аккумулятора. Все современные мобильные устройства (iPhone, различные модели Vertu, а также другие смартфоны на Android и других платформах) работают на базе именно литий-полимерных аккумуляторов.

«Далекое» будущее

Производящие современную мобильную пользовательскую электронику компании вряд ли довольны временем автономной работы своих решений, однако именно автономность зачастую приносится в жертву большей производительности и тонкому элегантному корпусу. Нельзя не отметить, тем не менее, что вендор, который совершит прорыв в современных источниках питания, станет ключевым игроком на рынке. Именно поэтому работа в данном направлении активно ведется всеми заинтересованными предприятиями самыми активными темпами. Скорее всего новые решения будут основываться на принципиально новых технологиях, которые пока еще не нашли широкого распространения.

Новые типы батареек

Новые типы батареек

Многие аналитики настаивают на развитии технологий по своеобразной спирали — все, что использовалось в прошлом, будет использоваться в будущем. Они утверждают, что совсем скоро в современной мобильной электроники могут применяться самые обыкновенные сменные батарейки, пусть и какого-то нового компактного типа. Их можно будет приобрести буквально на каждом шагу и заменить «пустой» источник питания «свежим» в любой удобный момент.

Солнечная и другие типа «природной» энергии

Солнечная и другие типа «природной» энергии

Другие футурологи утверждают, что будущее за солнечной и другими видами «природной» энергии. На задней части мобильного устройства, например, можно разместить высокоэффективные солнечные элементы, которые будут непрерывно подзаряжать аккумуляторную батарею смартфона или другого девайса и увеличивать таким образом время его автономной работы в десятки и сотни раз.

Механическая энергия

Механическая энергия

Использование механической энергии — динамо-машины и иже с ними — в современных мобильных устройствах представить достаточно сложно. Тем не менее, в тех же смартфонах может быть реализован подобный автоматическому подзаводу механических часов механизм, который будет наполнять аккумуляторную батарею устройства по мере движения пользователя вместе с ним.

Топливные элементы

Топливные элементы

Все чаще в прессе появляются заявления об изобретении аккумуляторных батарей на базе топливных элементов. Они должны работать в разы дольше сегодняшних решений, однако до массового распространения дело никак не доходит. Есть вероятность, что именно этот новый тип аккумуляторов простые пользователи смогут увидеть в своих мобильных устройствах через три-четыре их поколения.

Вездесущие беспроводные зарядки

Вездесущие беспроводные зарядки

Вполне вероятным видится повсеместное использование беспроводных зарядных устройств во всех общественных местах. В данном направлении осталась преграда перехода от предполагающего близкий контакт индукционного принципа работы к безопасному использованию электричества в воздухе средствами резонансного подхода. Проблемой активно занимаются ведущие мировые производители мобильной пользовательской электроники, среди которых стоит выделить предлагающую люксовые решения компанию Vertu.

Таким образом, несмотря на огромный проделанный современными аккумуляторными батареями путь, длина которого измеряется веками, проблема автономности мобильных устройств является одной из самых острых в индустрии. Мир ждет прорыва, компания совершившая который точно станет ключевым игроком на данном постоянно растущем рынке.

Забирай себе на стену, чтобы не потерять:

Другие новости: