Почему в некоторых смартфонах батарея так быстро разряжается

Сколько раз вы ставили смартфон «досушиться» до утра и удивлялись, что уже к вечеру вновь нужна розетка? Новая модель, а через несколько месяцев работы кажется, будто батарея вовсе не справляется с нагрузкой. Аккумулятор — пожалуй, самый «живой» компонент телефона, который первым теряет ёмкость.

Разберём, почему современных смартфонов не хватает заряда на сутки, как литий-ионные элементы завоевали рынок, что разрушает батареи внутри, и к каким технологиям движется индустрия энергоаккумуляции.

Почему литий-ион победил

В начале эры мобильной связи аппараты напоминали портативные радиостанции. Так, легендарный Motorola DynaTAC позволял разговаривать лишь 35 минут, а заряжался свыше 10 часов.

Ранние свинцово-кислотные и никель-кадмиевые аккумуляторы были громоздкими, тяжёлыми и страдали «эффектом памяти» — потерей ёмкости при неполных циклах разряд-заряд. Литий-ионные же элементы, разработанные к концу 1990-х учёными во главе с Джоном Гуденауфом и инженерами Sony, принесли в устройства в разы большую удельную энергию, меньший саморазряд и более лёгкий корпус.

Современные Li-ion-батареи вмещают в 1 кг до 300–400 Вт∙ч энергии. Однако увеличение числа элементов ограничено тепловыми и конструктивными требованиями: чем плотнее сборка, тем выше риск перегрева и механического повреждения.

Типы аккумуляторов в смартфонах

Энергопакеты в мобильниках разделяют по двум главным признакам: форм-фактору и химическому составу. Разберёмся в каждом.

Форм-фактор

В смартфонах применяют два ключевых «корпуса» для литиевых элементов:

• Li-ion с твёрдым корпусом и жидким электролитом. Надёжны в ударопрочном исполнении, выдерживают 500–1000 циклов, имеют плотность от 150 до 250 Вт∙ч/кг, но толще и тяжелее.
• Li-Po с гибкой полимерной оболочкой и гелеобразным электролитом. Позволяют создать сверхтонкие элементы необычной формы, демонстрируют до 400 Вт∙ч/кг и 1500–2000 циклов, но требуют сложных систем защиты.

В быту Li-ion остаётся массовым выбором благодаря стоимости и простоте эксплуатации, хотя энтузиасты ценят Li-Po за компактность и скорость зарядки.

Химический состав

В основе работы любой литиевой батареи — движение Li⁺-ионов между анодом (обычно графитом) и катодом (оксиды металлов). Электролит и сепаратор контролируют поток ионов, не допуская короткого замыкания. За безопасностью и сбалансированностью следит BMS — система управления батареей.

Альтернативы и почему они не вытесняют Li-ion

Литий-железо-фосфатные (LiFePO₄) аккумуляторы безопаснее и служат до 10 лет, но их плотность энергии лишь около 125 Вт∙ч/кг уступает LiCoO₂-элементам (до 190 Вт∙ч/кг), используемым в смартфонах.

Для Li-ion индустрии доступны катодные материалы:

• LCO — литий-кобальтовые;
• NCA — никель-кобальт-алюминий;
• NMC — никель-марганец-кобальт;
• LMO — марганцевые;
• LFP — железо-фосфатные.

Рынок портативных Li-ion-аккумуляторов оценивают более чем в 135 млрд $ с ростом 15% ежегодно до 2035 года, где доля LCO в компактной электронике сохранится около 34%.

Силикон-углеродные батареи

В iPhone 17 Air впервые применили Si-C-аноды от TDK, выпускаемые серийно с середины 2025 года. За счёт кремния граница удельной ёмкости в теории вырастает в 10 раз, на практике достигают 420–550 mA·h/g. Это позволяет уменьшить габариты батарей и повысить скорость заряда до 80–100 Вт. Недостаток — дорогая технология и ускоренное разрушение анода из-за расширения кремниевых структур.

Механизмы старения

Ёмкость падает из-за циклического (многократные заряды/разряды) и календарного (время хранения) старения. Главный враг — утолщение защитной SEI-плёнки на аноде, поглощение лития и рост внутреннего сопротивления. Зарядки быстрой C-rate усугубляют проблему, провоцируя lithium plating и микротрещины.

При температуре свыше 50 °C SEI утолщается, электролит разлагается, материалы анода теряют структуру. При регулярном использовании смартфона с интенсивным геймингом или постоянными быстрыми зарядами аккумулятор теряет до 20% ёмкости уже за 300–500 циклов (~2–3 года).

Но есть хорошие новости: учёные из Фуданьского университета разработали метод «реанимации» литиевых батарей. С помощью трифторметансульфоната лития можно пополнять iоны в изношенной ячейке, возвращая ей исходную ёмкость и увеличивая ресурс до 12 000 циклов (Nature, 2024).

Куда движется индустрия

Solid-state-аккумуляторы с твёрдым электролитом от Toyota и QuantumScape обещают ещё большую безопасность и ёмкость, но пока отстают в массовом выпуске.

Натрий-ион от CATL демонстрирует плотность около 175 Вт∙ч/кг и морозостойкость до −40 °C для электромобилей. Возможно, подобные батареи найдут путь и в мобильные гаджеты.

Экспериментируют с гибридами Li-ion и суперконденсаторами для пиковых нагрузок, а также изучают новые химические пары Li–Fe–P и Na–Fe–Mn. Существенные изменения в смартфонах стоит ожидать во второй половине десятилетия.

Когда, по-вашему, аккумулятор наконец выдержит весь день? Или будущее за ядерными батареями? Делитесь в комментариях.

© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»

 

Источник