Аккумуляторы в смартфонах: основные виды, их плюсы и минусы
Год от года аккумуляторы в смартфонах становятся всё более совершенными: увеличивается их емкость, уменьшаются вес и габариты, исчезают недостатки.
Не стоит забывать и про экологическую безопасность, ведь эта деталь считается наиболее «грязной» в современных гаджетах.
Посмотрим, какие же «батарейки» можно встретить сегодня в мобильных устройствах.
Основные виды аккумуляторов
На протяжении истории развития сотовых телефонов в них использовалось четыре вида батарей:
Никель-кадмиевые аккумуляторы
Этот тип источников питания пришел еще из домобильной эры. Первые образцы известны с конца XIX века. До конца минувшего столетия промышленники предпринимали многочисленные попытки избавиться от присущих им недостатков, и в какой-то мере им это удалось.
Так или иначе, особого выбора у разработчиков первых мобильных устройств просто не было. Основные претензии заключались в следующем:
Имелись у таких источников питания и плюсы – широкий диапазон рабочих температур. Тем не менее, минусов было существенно больше, и при попытке справиться с ними был создан следующий тип батареи.
Никель-металлогибридные аккумуляторы
В них отсутствовал токсичный кадмий, при одном упоминании о котором с особо впечатлительными защитниками природы случается истерика. Кроме того, эффект памяти был выражен значительно слабее.
Также повысилась и емкость, а себестоимость, напротив, немного снизилась. Но были по сравнению с NiCd аккумуляторами и серьезные недостатки:
Литий-ионные аккумуляторы
Этот тип батарей вызвал настоящую революцию в мире гаджетов.
Отныне длительность их работы в режиме ожидания возросла в разы. Исчез и набивший оскомину эффект памяти, хотя некоторые особо продвинутые пользователи по старой памяти продолжают «тренировать» аккумуляторы своих девайсов.
Большинство представленных сегодня на рынке моделей смартфонов оснащено именно этим типом аккумулятора.
Но есть у них и недостатки, причем достаточно неприятные:
Прежде всего, их не устраивала достаточно высокая себестоимость, поэтому был создан очередной тип батареи.
Литий-полимерные аккумуляторы
В них взрывоопасный электролит уступил место полимерной массе. Цена таких источников питания снизилась незначительно, главным образом – из-за необходимости использования более сложных защитных схем. Мощность тоже не слишком увеличилась.
Но зато твердый полимер хорош тем, что развязал руки дизайнерам, позволив по своему усмотрению выбирать форму и размер элемента. Приблизительно в это время появилось множество сверхтонких моделей смартфонов с несъемными аккумуляторами.
Считается, что литий-полимерный тип чуть менее «живучий», но эта информация – из разряда мифов, встречаются примеры, как подтверждающие, так и опровергающие это утверждение. Так что наверняка отличить правду от вымысла не представляется возможным.
Технология быстрой зарядки
Нередко от продавцов, предлагающих купить смартфон, можно услышать о некоем аккумуляторе с функцией быстрой зарядки.
Особо продвинутые пугают покупателей еще и внушительно звучащим Qualcomm Quick Charge, а самые матерые добавляют еще и версию – 2.0 или 3.0. Что же это за чудо-батареи такие?
В действительности никакого отношения к типу источника питания эта технология не имеет. Она всего лишь позволяет использовать увеличенную силу тока, благодаря чему время зарядки существенно сокращается.
Чем отличаются батареи телефонов и какую лучше выбрать
Многие думают, что аккумуляторы все одинаковые и максимум знают, что они отличаются по емкости. Но этого знания недостаточно, чтобы разбираться в современных накопителях энергии. На самом деле отличия между ними намного важнее, чем может показаться на первый взгляд. К сожалению, производители устройств не дают выбора аккумулятора, который в них встроен, но можно же выбрать другого производителя или просто отказаться от гаджета. Если вы хоть раз покупали устройство с аккумулятором или только собираетесь его купить, тогда лучше ознакомьтесь с материалами, приведенными в этой статье.
Заряжать телефон можно по-разному, но аккумулятор в нем должен быть правильный.
Какие аккумуляторы бывают в телефонах
Так уж повелось, что исторически в смартфоны и другие подобные устройства устанавливали именно литий-ионные батареи (Li-ion). Они не обладают эффектом памяти, достаточно долговечные и не очень тяжелые. Можно сказать, что все в них хорошо. Ну, или было хорошо до определенного момента.
Сейчас производители начали переходить на новый тип батарей, который называется литий-полимерные (Li-poly). Такой тип более универсальный и подходит для разного рода потребительской электроники. Учитывая проблемы перегрева литий-ионных аккумуляторов, переход на новый тип не может не радовать.
Безопасность аккумуляторов, особенно на фоне историй о взрывающихся смартфонах, является серьезной проблемой и важной темой для обсуждения. Давайте разберемся, что они из себя представляет и почему надо обращать на них внимание при выборе и особенно при хранении.
Как работают литий-ионные аккумуляторы
Мало кто знает, но литий-ионная батарея появилась еще в 1912 году, но использовалась крайне редко до тех пор, пока в 1991 году на нее не обратила внимания компания Sony и не начала активно внедрять ее в свои камеры, плееры и другие устройства.
Четверть владельцев смартфонов скучают по съемным аккумуляторам. Почему?
”Новый” тип батарей оказался относительно недорогим в производстве, имел высокую плотность энергии и не имел эффекта памяти, то есть испортить его частыми зарядками на половине емкости было нельзя.
Эти батареи состоят из двух положительных и отрицательных электродов, разделенных жидким химическим электролитом, таким как этиленкарбонат или диэтилкарбонат. Из-за особенностей химического состава такая батарея может быть только прямоугольной. Именно поэтому Г-образные аккумуляторы в смартфонах часто являются просто двумя батареями, соединенными друг с другом.
Вот так может вздуться аккумулятор, если с ним что-то не так.
Емкость литий-ионного аккумулятора уменьшается со временем. Чем больше циклов зарядки, тем меньше емкость батареи. А еще такая батарея имеет свойства саморазряда. Она может разрядиться, когда просто лежит и не используется. Даже отдельно от устройства.
Как отключить приложения в фоновом режиме и сэкономить аккумулятор
Серьезным минусом таких батарей является то, что электролит в них становится нестабильным при экстремальных температурах и проколах оболочки. Это приводит к ”тепловому истощению” и воспламенению. Правда, не стоит сразу откладывать телефон подальше в комнату с бетонными стенами. Такое происходит очень редко — просто это возможно. Для того, чтобы этого не произошло, предусмотрены специальные контроллеры, которые сделают все, чтобы батарея не перегревалась.
Как работают литий-полимерные аккумуляторы
Технология литий-полимерных батарей новее, чем литий-ионных. Первые такие батареи были созданы в 70-годах прошлого века и только недавно появились в смартфонах. Например, Samsung сделал переход на литий-полимерные батарея только с выходом серии Galaxy S20. Хотя другие используют технологию чуть дольше.
В литий-полимерных батареях тоже используется положительный и отрицательный электроды, но электролит внутри них не жидкий, а твердый, пористый или гелеобразный. В итоге риск теплового истощения и утечки электролита в таких батареях намного ниже. Кроме этого, они более прочные и могут даже изгибаться до определенного уровня. Это особенно полезно для некоторых типов устройств, особенно тех, что используются в сложных условиях. Короче говоря, они немного безопаснее, но системы защиты от перегрева в них все равно используются.
Основным недостатком этой технологии является значительно более высокая стоимость производства. Жизненный цикл литий-полимерных батарей короче, а еще они накапливают меньше энергии, чем литий-ионные батареи с таким же физическим размером.
Надо, чтобы аккумуляторы были заряжены. Разряженными им быть вредно.
Какой аккумулятор лучше
Оба типа аккумуляторов имеют свои плюсы и минусы. Литий-ионные аккумуляторы предлагают самые высокие емкости по самым низким ценам. Удобно, если вы хотите недорогой телефон, который работает от батареи больше одного дня. Недостатками Li-ion является постепенный саморазряд. Для ежедневного гаджета это не имеет большого значения, но при длительном хранении это надо учитывать. А еще они опаснее своих более новых собратьев.
Для сравнения, литий-полимерные батареи безопаснее, что особенно важно в наши дни в условиях развития сверхбыстрой зарядки. Эти батареи также имеют очень низкий уровень саморазряда, поэтому они почти не разряжаются, если вы их не используете — отличный вариант для гаджетов, которые используются не часто. Однако все эти плюсы приводят к более высокой стоимости, более короткому сроку службы и меньшей емкости при том же размере. Хотя литий-полимерные аккумуляторы более легкие и пусть на единицу объема вы получите меньшую емкость, зато она будет больше на единицу веса.
В целом, литий-полимерные аккумуляторы заменяют литий-ионные в индустрии смартфонов благодаря своей превосходной безопасности, универсальности форм-фактора и весовым характеристикам в устройствах высшего и среднего уровня. Хотя более доступные модели, скорее всего, будут придерживаться технологии литий-ионных аккумуляторов еще долгое время.
Вопросы о выборе аккумулятора
В Сети, в нашем Telegram-чате и в статистике поиска можно найти следующие частые вопросы, на которые я сейчас и дам ответ.
Безопасен ли литий-ионный аккумулятор
Неисправности и случайные повреждения литий-ионных аккумуляторов встречаются очень редко. Поэтому такую технологию можно считать очень безопасной. Даже на фоне еще большей безопасности литий-полимерных батарей она все равно очень и очень высокая, а случаи, о которых пишут в прессе, случаются один раз на десятки миллионов устройств. Так что можно не переживать. Особенно, если вы избегаете сильной жары и повреждения корпуса аккумулятора.
Берегите батарею и она вас не подведет.
Безопасны ли литий-полимерные батареи
В первую очередь безопасность литий-полимерных батарей достигается за счет отсутствия внутри жидкого электролита. Поэтому такой аккумулятор более устойчив к температурам и механическому воздействию. В итоге — да, он безопасен. Он даже более безопасен, чем литий-ионный аккумулятор.
Можно ли утилизировать литий-ионные аккумуляторы
Не только можно, но и нужно утилизировать любые аккумуляторы. Это чертовски вредная штука, которая даже в одиночку может нанести сильный вред окружающей среде. Сейчас батареи принимают в очень большом количестве мест, включая торговые центры, офисные здания и супермаркеты. Сдав туда батареи или сломанный телефон, вы без преувеличения сделаете большой вклад в экологию.
Гибкие и растягивающиеся аккумуляторы изменят мир смартфонов
Можно ли утилизировать литий-полимерные батареи?
Сказанное про литий-ионные батареи относится и к литий-полимерным. Их тоже обязательно надо утилизировать. Это важно и правильно. Не стоит думать, что одна батарейка ничего не решит. В ней слишком много вредной химии, которая попадет в почву, а это и овощи, которые вы едите, и вода, которую вы пьете. Лучше переработать.
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Смартфоны и другие гаджеты всё активнее переходят на новый формат разъема Type-C, заменяя старый добрый, но беспощадно устаревший MicroUSB. Этот формат появился не так давно, но он уже есть в iPad Pro, во всех Яндекс.Станциях и прочих повседневных гаджетах. Обновление разъема в смартфонах достигло апогея, однако, до сих пор можно встретить людей, которые просят «зарядку для Андроида, но не Type-C». Чем же так примечателен новый разъем? Чем он лучше привычного MicroUSB? Раскладываем всю информацию о разъеме Type-C по полочкам.
Наверное, у каждого есть знакомый, который в своё время пересел с Android на iPhone, и с тех пор не сказал ни одного доброго слова в пользу мобильной ОС от Google. Это и понятно: ведь не будешь же хаять то, за что заплатил немалые деньги, а то и пошёл на сделку с совестью ради кредита. Тем не менее, тех, кто пересаживается с iPhone на Android, тоже хватает. Но если объяснять, почему ты выбрал смартфон от Apple, как правило не требуется (это же Apple!), то вот обратная миграция вызывает вопросы. Хорошо, что у тех, кто на неё решается, есть ответ, почему.
Аккумуляторы для телефонов и смартфонов — типы и характеристики
Вне зависимости от характеристик, типа, ёмкости, конструкции, аккумулятор — это единственный источник энергии мобильного устройства.
Производители смартфонов и телефонов прекрасно знают, какой должна быть перезаряжаемая батарея в той или иной модели, ориентируясь на цели её использования.
Невзирая на колоссальный опыт и финансовые возможности, даже крупные корпорации могут ошибаться при создании элемента питания. Вспомните скандально известную историю со взрывающимися аккумуляторами Samsung Galaxy Note 7. Идея угловатой конструкции обернулась риском микроповреждений оболочки и смешиванием химических элементов, что в некоторых ситуациях приводит к воспламенению.
Как вы понимаете, техническая часть вопроса стоит даже не о том, насколько эффективным может быть определённый тип аккумулятора, сколько вообще целесообразно и безопасно применять выбранную разновидность в конкретной концепции. Отсюда и появляется разношёрстный выбор телефонов с отличающимися характеристиками батареи.
Предлагаем разобраться в разнице между ними коротко и ясно.
Коммерческие типы аккумуляторов в телефонах и смартфонах
Всего существует около десятка разновидностей аккумуляторов для коммерческой эксплуатации. Но есть также и те, что находятся в разработке, исследуются и готовятся заменить собой устаревающие типы в ближайшие годы. Мы рассмотрим те из них, которые сейчас встречаются в телефонах и смартфонах прежних и новых поколений.
Список типов аккумуляторов по убыванию популярности применения в мобильных устройствах:
1. Li-Ion — литий-ионный (иногда называют литиево-ионный).
2. Li-Po, Li-Pol, Li-Poly — литий-полимерный (также литиево-полимерный).
3. NiCd, Ni-Cd — никель-кадмиевый.
4. NiMH, Ni-MH — никель-металл-гидридный (никель-металлгидридный).
Перезаряжаемые батареи Ni-Cd или Ni-MH вы встретите в основном в бытовых устройствах, в старых телефонах или в специализированных коммуникаторах для промышленной эксплуатации. Почти все современные смартфоны оснащены Li-Ion батареями. Аккумулятор Li-Poly — это относительно новый тип, который появился позднее остальных и распространён в определённых сегментах электроники.
Смартфоны и телефоны с литий-ионным аккумулятором
Общие характеристики:
• плотность вмещаемой энергии — 125-200 Втч/кг;
• число циклов — до 1000;
• саморазряд — 10% в месяц;
• напряжение — 3.6В;
• температуры эксплуатации — +60…-20°C;
• эффект памяти — отсутствует (не требует «тренировки» и «калибровки»);
• сбалансированная стоимость производства.
Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы доминируют в области носимых гаджетов, смартфонов, телефонов, ноутбуков и других автономных устройств.
Высокая плотность запасаемой энергии при компактных размерах, гарантированный срок службы в течение полутора лет при активной эксплуатации.
Это вписывается в общую картину ежегодного выпуска новых моделей потребительской электроники. Однако конструктивные недостатки и особенности привели к появлению усовершенствованного последователя.
Смартфоны и телефоны с литий-полимерным аккумулятором
Литий-полимерные (Li-Poly) аккумуляторы уже давно должны были вытеснить с рынка литий-ионных предшественников. Слабая промышленная база и невысокая распространённость делают этот тип более дорогим при использовании в мобильной отрасли.
В последние годы использовать Li-Poly становится намного эффективнее в телефонах.
У таких элементов есть способность принимать смелые формы, заполнять больше пространства внутри корпуса и предлагать увеличенные ёмкости в сравнении с Li-Ion. А ещё они обеспечивают куда лучший уровень безопасности.
Смартфоны и телефоны с никель-кадмиевым аккумулятором
Общие характеристики:
• плотность вмещаемой энергии — до 60 Втч/кг;
• число циклов — до 1500;
• саморазряд — 20% в месяц;
• напряжение — 1.25В;
• температуры эксплуатации — +60…-40°C;
• эффект памяти — есть («калибровка» каждые 30 дней);
• самая низкая стоимость производства.
Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы повсеместно применялись в 1990-х и в начале 2000-х годов для создания автономных телефонов, радиостанций, ноутбуков, камер и так далее. Этот тип батареи остаётся популярным и до сих пор в отдельных категориях бытовых и промышленных устройств.
NiCd быстро заряжается, допускает большие токи и выдерживает суровый климат, что особенно ценится в индустриальной и строительной сферах.
Значительные эксплуатационные недостатки, включая заметный саморазряд и пресловутый «эффект памяти» (уменьшение ёмкости без обслуживания в виде тренировочных циклов подзарядки), заставили производителей потребительских телефонов перейти на другие технологии.
Смартфоны и телефоны с никель-металлгидридным аккумулятором
Общие характеристики:
• плотность вмещаемой энергии — до 80 Втч/кг;
• число циклов — до 500 (меньше всех);
• саморазряд — 30% в месяц (быстрее всех);
• напряжение — 1.25В;
• температуры эксплуатации — +60…-20°C;
• эффект памяти — есть (тренировочные циклы через 90 дней);
• стоимость производства, как у Li-Ion.
Никель-металлгидридный (Ni-MH) аккумулятор был создан для усовершенствования характеристик батарей типа Ni-CD, предложив экологически чистое производство и меньшую зависимость от «эффекта памяти».
На поверку технология Ni-MH оказалась нестабильной (меньше служит) и значительно более дорогой в производстве, что сыграло негативную роль в популярности такого типа батарей.
Сегодня Ni-MH продолжает совершенствоваться — совсем недавно Panasonic предложила элементы питания с увеличением ёмкости и расширенным диапазоном эксплуатационных температур. Со временем они смогут вытеснить NiCd-аккумуляторы в электромобилях и промышленности, но не в потребительской электронике, где за первенство сейчас сражаются литий-металлические, протонные и литиево-серные батареи будущего.
Аккумуляторы для мобильных устройств — разновидности, сравнительные характеристики
Никель-кадмиевый, никель-металлгидридный или литий-ионный? А может быть лучше приобрести литий-полимерный аккумулятор? А какой дольше работает? А с каким меньше хлопот? Слышал, Моторола разработала какие-то новые топливные элементы, в которые что-то заливается. Случайно не бензин? Вопросы, вопросы, вопросы…
Попробуем разобраться по порядку.
Типы аккумуляторов
На сегодняшний день для питания мобильных устройств, портативных компьютеров и оборудования наиболее широко применяются аккумуляторы следующих электрохимических систем: герметичные свинцово-кислотные (SLA), никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH) и литий-ионные (Li-ion). Постепенно начинают завоевывать позиции в сфере сотовых телефонов и портативных компьютеров литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы. Ведутся разработки в области топливных элементов и некоторых других перспективных технологий изготовления аккумуляторов [4].
Технические характеристики основных типов аккумуляторов приведены в таблице 1 [3] с разрешения компании Landata [2].
Таблица 1. Разновидности аккумуляторов по электрохимической системе
Каждому типу аккумуляторов свойственны определенные достоинства и недостатки. Рассмотрим и те, и другие подробнее.
SLA аккумуляторы
Область применения — блоки бесперебойного питания (UPS), системы охранной сигнализации, устройства железнодорожной автоматики и связи, инвалидные коляски, резервное освещение. Ранее этими аккумуляторами комплектовались некоторые модели переносных сотовых телефонов и видеокамер. В целом можно сказать, что SLA аккумуляторы обычно используются в тех случаях, когда требуется большая мощность, минимальная стоимость, а габариты и вес не критичны. Диапазон значений емкости для портативных приборов лежит в пределах от 1 до 30 А·час. Поскольку в современных мобильных устройствах эти аккумуляторы на данный момент практически не применяются, то всех интересующихся вопросами по SLA аккумуляторам отправляю на [3].
NiCd аккумуляторы
Область применения: сотовые телефоны, обычные и транковые радиостанции, домашние радиотелефоны, переносные компьютеры, видеокамеры, ручные мощные электроинструменты, медицинские приборы, разнообразное производственное оборудование. Новые модели сотовых телефонов и портативных компьютеров этими аккумуляторами уже не комплектуются. Но в транковых и обычных радиостанциях по-прежнему широко распространены.
NiMH аккумуляторы
В недалеком прошлом NiMH аккумуляторы пришли на смену NiCd. Однако их шумно разрекламированные преимущества не обеспечили 100% удовлетворение запросов пользователей, главным образом из-за сокращенного срока службы.
Характерные особенности NiMH аккумуляторов.
Li-ion аккумуляторы
Область применения: сотовые телефоны и всякого рода переносные компьютеры. По данным экспертов корпорации Varta уже в ближайшее время Li-ion аккумуляторы начнут вытеснять с этого рынка не только NiCd, но и NiMH аккумуляторы. Конструктивно этот тип аккумуляторов содержит внутреннюю схему управления и защиты, призванную ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время заряда и предотвратить понижение напряжения элемента при разряде ниже допустимого уровня. Кроме того, для обеспечения безопасности при их эксплуатации должен быть ограничен максимальный ток заряда и разряда и должна контролироваться температура элемента.
Li-Pol аккумуляторы
Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol) — следующий этап в развитии литиевой технологии. Потенциально они менее дороги, чем Li-ion аккумуляторы. Но как любой новый продукт, не достигший массового применения, Li-pol аккумуляторы наиболее дороги на данный момент.
Область применения: сотовые телефоны и переносные компьютеры. Полные данные о параметрах аккумулятора пока не известны. Можно отметить только пока малое, в сравнении с другими типами аккумуляторов, число циклов заряда / разряда и небольшой ток нагрузки. Однако имеется преимущество в конструктивном исполнении. Технология их производства допускает изготовление в различных пластичных геометрических формах, нетрадиционных для обычных аккумуляторов, в том числе достаточно тонких по толщине, и способных заполнять любое свободное место в устройстве.
Итак, мы рассмотрели основные характеристики наиболее распространенных видов аккумуляторов в хронологическом порядке их появления на рынке. Именно в таком порядке они и сменяли и сменяют друг друга в мобильных устройствах и портативных компьютерах. Однако не следует списывать «старичков» со счета раньше времени. Во многих устройствах они продолжают исправно и надежно работать. Их технологию производства, конструкцию и сервисные элементы продолжают совершенствовать. Например, в видеокамерах. Впрочем, это предмет отдельного разговора, и достаточно подробно он освещен в информационно-техническом журнале «625». Тема номера журнала — аккумуляторы для профессиональных видеокамер и зарядные устройства к ним. Цикл статей, хотя и специфичен, но интересен и, безусловно, будет полезен всем, кого интересуют вопросы и проблемы эксплуатации аккумуляторов. В электронном виде со статьями можно познакомиться на [3].
Любопытные сведения по аккумуляторам приведены в [5], а химическим источникам тока и аккумуляторам посвящены две статьи в журнале Электронная промышленность [6].
При написании статьи использованы материалы, любезно предоставленные г-ном Isidor Buchmann, основателем и главой Канадской компании Cadex Electronics Inc. [1], а также компанией Landata, г. Москва [2].
Более подробная информация на русском языке об аккумуляторах для мобильной техники связи, компьютеров и других портативных приборов, советы по эксплуатации и обслуживанию приведены в [3].
