Что такое кремниево-углеродные аккумуляторы? Большая ёмкость, более быстрая зарядка и всё остальное, что вам нужно знать.

Кремниево-углеродные аккумуляторы — многообещающая новая разработка, которая может предложить несколько преимуществ, таких как возможность размещения большего количества энергии в аккумуляторе того же размера, более быстрая зарядка и более эффективная работа. Однако они не предназначены для полной замены литий-ионных аккумуляторов, которые мы сейчас используем — это скорее усовершенствование существующей технологии.

Я замечаю, что кремний-углеродные батареи уже появляются в некоторых высококлассных смартфонах, и кажется, что они станут более распространенными в других устройствах, которые мы используем каждый день, таких как ноутбуки и различные аксессуары. Особенно интересно, что компании, производящие электромобили, такие как Tesla, также рассматривают возможность использования этой технологии – потенциально для автомобилей в будущем.

Кремниево-углеродные аккумуляторы работают примерно так же, как литий-ионные аккумуляторы, с которыми вы уже знакомы. Оба имеют отрицательный электрод (анод), положительный электрод (катод) и вещество (электролит) между ними, которое позволяет электричеству поступать к вашему устройству и ионам перемещаться внутри аккумулятора во время зарядки и разрядки.

Традиционные литий-ионные аккумуляторы обычно используют графит для анода и соединение лития для катода. Более новые кремний-углеродные аккумуляторы заменяют графит на кремний, который может хранить значительно больше энергии – до десяти раз больше, на самом деле. Однако кремний сильно расширяется и сжимается во время зарядки и разрядки, что затрудняет их производство и потенциально сокращает срок их службы.

Здесь ключевую роль играет углерод. Комбинируя углерод с кремниевым анодом, аккумулятор становится более стабильным, улучшая свои характеристики без потери преимуществ. Способ, которым аккумулятор генерирует электричество, остаётся прежним, поэтому это, по сути, литий-ионные аккумуляторы кремний-углеродные – или Si/C Li-ion, если коротко.

Я очень рад развитию кремний-углеродных аккумуляторов, но поскольку они довольно новые, мы все еще выясняем компромиссы. На данный момент они дороже стандартных литий-ионных аккумуляторов, и одна потенциальная проблема, которую мы заметили, заключается в том, что они могут служить не так долго. Однако это только начало, и я внимательно слежу за тем, как развивается эта технология.

Один цикл зарядки — это полный процесс зарядки и разрядки аккумулятора. Этот цикл является основным способом измерения срока службы перезаряжаемого аккумулятора, поскольку каждый цикл вызывает небольшую степень износа, снижая его общую производительность. Литий-ионные аккумуляторы обычно показывают лучшие результаты в течение большего количества циклов, чем другие типы.

Как я уже говорил ранее, использование чистого кремния вместо графита в анодах аккумуляторов имеет серьезную проблему: хотя оно может хранить гораздо больше энергии, оно так сильно расширяется и сжимается во время зарядки, что быстро повреждает аккумулятор. Это означает, что срок его службы будет недостаточным для практического использования в повседневных устройствах, которые мы ожидаем использовать в течение многих лет.

Силикон-углеродные аккумуляторы в значительной степени решают эту проблему, предлагая упомянутые преимущества без существенного сокращения срока службы. Однако даже лучший силикон-углеродный аккумулятор, как правило, не прослужит столько же циклов зарядки, как лучший литий-ионный аккумулятор.

В моих исследованиях я обнаружил, что любое сокращение срока службы этих кремний-углеродных аккумуляторов вряд ли будет значительным для большинства пользователей. Преимущества, которые они предлагают, фактически перевешивают этот незначительный недостаток, что делает его относительно небольшой проблемой.

Аккумуляторы на основе кремния и углерода обладают потенциалом для значительно более длительного срока службы, что означает, что вам придется заряжать их реже. Чтобы максимально увеличить срок службы аккумулятора, лучше избегать полной зарядки – оптимальным является уровень около 80%. Более крупные кремний-углеродные аккумуляторы могут по-прежнему обеспечивать отличную производительность, даже если вы не заряжаете их полностью.

Кремний и углерод, а также карбид кремния — совершенно разные материалы. Кремний используется в батареях, в то время как карбид кремния является полупроводником, который обычно используется в мощных приложениях, таких как станции зарядки электромобилей и системы возобновляемой энергии.

Карбид кремния похож на нитрид галлия (GaN), полупроводник, который сейчас часто используется в постоянно уменьшающихся, но более мощных зарядных устройствах для телефонов и ноутбуков. Ожидайте, что кремниево-углеродные батареи и GaN-зарядные устройства станут более распространёнными в наших устройствах в будущем.

Силикон-углеродные аккумуляторы выглядят многообещающе для будущего, но они не являются единственным решением. По мере того, как электромобили становятся все более популярными и мы отказываемся от ископаемого топлива, все больше и больше денег инвестируется в разработку более совершенных технологий аккумуляторов.

Многие компании, включая Samsung и тех, кто производит автомобили и дроны, проявляют большой интерес к разработке твердотельных аккумуляторов. Эти аккумуляторы отличаются от современных перезаряжаемых аккумуляторов тем, что используют твердый материал вместо гелеобразной жидкости для проведения энергии. Это изменение может значительно увеличить мощность, емкость и безопасность аккумуляторов. Хотя твердотельные аккумуляторы в настоящее время используются в небольших устройствах, таких как кардиостимуляторы, увеличение инвестиций может позволить использовать их в гораздо более широком спектре продуктов.

Литий-ионные аккумуляторы остаются популярными и вряд ли будут заменены в ближайшее время. Эта технология совершенствовалась на протяжении многих лет, что сделало производство более доступным и простым по сравнению с новыми типами аккумуляторов.