Батарейка тяжёлая! Как и можно ли вообще отключить главный тормоз высоких технологий? Евгений Золотов

Батарейка тяжёлая! Как и можно ли вообще отключить главный тормоз высоких технологий?

Евгений Золотов

Опубликовано 11 февраля 2013

Под конец прошлой недели на западных форумах и в прессе разгорелся самый настоящий скандал вокруг одного из ключевых элементов планшетки Microsoft Surface Pro. Вы, конечно, слышали об этом устройстве, только что поступившем в продажу: это вторая модель линейки Surface — с процессором x86, обычной MS Windows 8, а потому конкурирующая больше с ультрабуками, нежели с представителями планшетного ряда. Критиков и потенциальных покупателей зацепило поразительное нежелание Microsoft назвать точное время автономной работы новинки. Ни в спецификациях, ни даже на «допросе с пристрастием», устроенном одному из высших лиц корпорации читателями популярного техноресурса Reddit, точной цифры не прозвучало.

Ничего удивительного: в независимых тестах Surface Pro работает от одного заряда батареи около 4 часов — что, скажем прямо, явно недостаточно для топовой, суперсовременной железки, предназначающейся для серьёзных задач. Это, правда, близко к показателям MacBook Air, с которым Microsoft своё новое детище пытается равнять. Но проблема даже не в том, какие устройства Surface Pro превосходит, а каким уступает. Проблема — общая для всех вендоров и любого железа — в том, что вот уже третье десятилетие аккумуляторные батареи топчутся на месте. Не процессоры, не память, не коммуникации стали главным тормозом электроники и техники вообще. Батарейка!

Сегодня именно габариты и возможности аккумуляторных батарей определяют внешний вид и верхнюю границу функциональности всех мобильных устройств, начиная от телефонов и заканчивая носимыми компьютерами. Именно батарея занимает в таких устройствах наибольший объём, и именно с ней приходится «химичить» больше всего — и в прямом, и в переносном смысле, вгоняя конструкцию в запланированные вес и габариты. Батарею лишают оболочки, делают мягкой, совмещают с клавиатурой и корпусом. Но, увы, чем активней эксперименты на изыскательской стадии, тем чаще аккумуляторы становятся причиной головной боли на стадии потребительской. Перегрев, самовозгорание, взрывы аккумуляторных батарей попортили немало крови Apple и сегодня портят её же Самсунгу (вы уже слышали про взорвавшийся Galaxy Note?). И новейший воздушный флот Боинга приземлён по той же самой причине.

Вот она, главная деталь вашего телефона, планшетки, ноутбука, электромобиля. От производителя к производителю, от устройства к устройству форма, химический состав и внутреннее строение литий-ионных аккумуляторов слегка меняются, но базовый принцип остаётся неизменным — а с ним и недостатки

Проблема везде одна и та же: литий-ионная технология. Презентованная в начале 90-х годов прошлого века и к настоящему моменту ставшая стандартом де-факто в аккумуляторном мире, она не подчиняется закону Мура. Для неё нет приятной эмпирической зависимости, которая постулировала бы, скажем, удвоение ёмкости каждые полтора года. Литиевые батареи работают в телефонах, в планшетках, ноутбуках, в электромобилях и самолётах, и везде одно и то же: химические компоненты токсичны, активны и пожароопасны; имеют свойство сильно расширяться при нагреве (то есть в периоды высокой нагрузки и заряда), требуют прочной оболочки, средств аварийного сброса давления; не допускают размещения на гибкой подложке и уменьшения толщины ниже определённого предела. Плюс ко всему — плохая переносимость отрицательных температур, сравнительно короткий срок службы и, наконец, высокая цена.

Доведя ресурс литий-ионной технологии до физического предела, мы всё чаще сталкиваемся с её непредсказуемым поведением. Малейшая неувязка способна выбить такую батарею из эксплуатационных норм: ну нет у неё больше запаса прочности! Слышали, как пользователи iPhone жалуются на iOS 6.1? Мелкая ошибка в операционной системе приводит к разряду батареи чуть быстрее запланированного — и делает смартфон бесполезным. А аккумуляторы на Боинг-787? Судя по отзывам экспертов, никаких фатальных конструктивных дефектов в них нет: просто режим работы оказался слегка отличающимся от расчётного — и это превратило батарею в потенциальную бомбу. И Airbus уже подумывает отказаться от Li-Ion в пользу более старых, но и менее опасных технологий накопления электрической энергии.

Но если литий-ионные батареи так неустойчивы, почему же они так популярны? Парадокс объясняется просто. Дело, во-первых, в том, что по совокупности качеств Li-Ion лучше других вписывается в эксплуатационные требования, предъявляемые современной техникой. Скажем, в микроэлектронике такие батареи обеспечивают как минимум день работы, отсутствие так называемого эффекта памяти (свойственного никель-металл-гидридным элементам), умеют быстро подзаряжаться и служат около трёх лет — срок, за который большинство мобильных устройств устаревает и морально, и технически. И, во-вторых, вариантов нет: в то время как сама электроника движется вперёд, аккумуляторы топчутся на месте. Ничего лучше Li-Ion для массового рынка пока не придумано, несмотря на то что альтернатива нужна и микроэлектронике, и автопрому, и авиастроению, и даже энергетике (где растёт потребность в локальных системах хранения электричества, см. «Элон Маск и его Солнечный Город»).

Самые ёмкие литий-ионные аккумуляторы — одновременно ещё и самые пожароопасные. Такие, в частности, используются в электромобилях Tesla Motors и на авиалайнерах Боинг-787. Но у Tesla аккумулятор поделён на сотни ячеек, что уменьшает вероятность перегрева и пожара, тогда как в Боингах батареи состоят всего из нескольких секций.

Образно выражаясь, ситуация с аккумуляторами напоминает сейчас большой барьер, у которого скопилась масса народу. Десятки, если не сотни научных групп по всему миру пытаются преодолеть его, работая по множеству направлений. Большинство обнадёживающих новостей уже привычно приходят из Северной Америки. Американская Imprint Energy заменила литий цинком, благодаря чему аккумулятор можно делать сверхтонким и гнущимся (вплоть до сотен микрон на плёночной подложке). В университете Кеттеринга в Канаде сделали ставку на алюминий, надеясь и по ёмкости, и по цене, и по безопасности обойти литий-ионные батареи. В Лаборатории Оак-Ридж от лития отказываться не стали, но экспериментируют с наночастицами, применение которых позволяет поднять на порядок ёмкость и уменьшить пожароопасность. Так же и стартап Seeo, поддержанный в том числе Google, ставит на Li-Ion, но с менее опасным электролитом и более лёгкой и дешёвой конструкцией электродов. И даже само американское Министерство энергетики выделило 120 млн долларов на амбициозный проект с целью «5-5-5?: за пять лет сделать аккумуляторы впятеро мощней и впятеро дешевле.

Я не искал специально, а попросту надёргал сообщений из свежих новостных лент. Но можете мне поверить, такая картина в новостях каждый день на протяжении как минимум уже нескольких лет. Разработок много, они выходят из лабораторий или близки к этому — и ничего удивительного, что оптимисты смотрят в будущее уверенно. Например, уже упоминавшийся Элон Маск заинтересован в прорыве «аккумуляторного барьера» чуть ли не больше любого другого предпринимателя на Земле: Маску принадлежат успешные космический (SpaceX, см. «Первые на орбите»), автомобильный (Tesla Motors, см. «Как сломать Tesla Roadster») и солнечно-энергетический бизнесы — и везде нужны ёмкие, безопасные, дешёвые аккумуляторы. Так вот, Маск уверен, что в ближайшие десять лет аккумуляторный мир ждёт резкое падение цен, и это спровоцирует новую техническую революцию, которая перетряхнёт микроэлектронику, автомобильную, авиа-, космическую промышленность до самых основ.

Интрига в том, что ни Маск, ни кто-либо ещё, конечно же, не знают, ни где именно произойдёт прорыв, ни кто его устроит. И в этом смысле удивляет полное отсутствие новостей из российских институтов. Пусть мы отстали в коммерческом ракетостроении, но химия электролитов не выглядит неподъёмной задачей даже для небольших научных групп. Тем более что задача эта — достойная по всем параметрам. Так почему за неё не берутся наши студенты, наши аспиранты?

В статье использована иллюстрация Razor512

К оглавлению

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг

ОПЫТЫ: Три студента: Классический сыск в век высоких технологий

Из книги Журнал «Компьютерра» №45 от 01 декабря 2005 года автора Журнал «Компьютерра»

ОПЫТЫ: Три студента: Классический сыск в век высоких технологий Этим материалом мы начинаем серию публикаций о возможностях отечественных правоохранительных органов в борьбе с преступлениями, совершенными с помощью электронных средств. Все истории абсолютно реальны, а


Бедные страны в век высоких технологий

Из книги Журнал «Компьютерра» № 41 от 07 ноября 2006 года автора Журнал «Компьютерра»

Бедные страны в век высоких технологий Автор: Ваннах МихаилБыло сие так давно, что знаем мы об этом лишь по легендам, сложенным над пахнущими водорослями и дохлой рыбой скалами Средиземного моря. Гласят те легенды, что и деньги — эти маленькие желтенькие кружочки, столь


Левиафаны в волнах НТР: Государство и развитие в нем высоких технологий

Из книги Журнал «Компьютерра» № 46 от 12 декабря 2006 года автора Журнал «Компьютерра»

Левиафаны в волнах НТР: Государство и развитие в нем высоких технологий Автор: Ваннах МихаилПрежде чем говорить о соотношении деятельности государства и развития в нем высоких технологий, давайте вспомним, что, собственно, есть государство. Вот современная Britannica:


БЕЗОПАСНОСТЬ: Мифы и легенды высоких технологий

Из книги Журнал "Компьютерра" №768 автора Журнал «Компьютерра»

БЕЗОПАСНОСТЬ: Мифы и легенды высоких технологий Автор: Киви БердВ мире компьютерной криминалистики довольно часто приходится слышать спорные мнения о необходимом или желательном количестве проходов программы, удаляющей информацию с жесткого диска. Процедуру, в ходе


Почему Челябинский метеорит привёл к такому количеству пострадавших? И можно ли избежать повторения? Евгений Золотов

Из книги Цифровой журнал «Компьютерра» № 160 автора Журнал «Компьютерра»

Почему Челябинский метеорит привёл к такому количеству пострадавших? И можно ли избежать повторения? Евгений Золотов Опубликовано 16 февраля 2013 Осенью 1988 года мне, тогда школьнику первых классов в тогда ещё Свердловске, довелось пережить знаменитый взрыв на пригородной


Работа без останова: можно ли научить компьютер не бояться ошибок? Евгений Золотов

Из книги Цифровой журнал «Компьютерра» № 161 автора Журнал «Компьютерра»

Работа без останова: можно ли научить компьютер не бояться ошибок? Евгений Золотов Опубликовано 22 февраля 2013 Компьютер, способный работать без сбоев, без аварийных остановок, остаётся голубой мечтой с незапамятных времён. Избавиться от ошибок мы


Как взломать самолёт с помощью смартфона — и почему это вообще стало возможным? Евгений Золотов

Из книги Цифровой журнал «Компьютерра» № 169 автора Журнал «Компьютерра»

Как взломать самолёт с помощью смартфона — и почему это вообще стало возможным? Евгений Золотов Опубликовано 17 апреля 2013 Когда минувшей зимой мне довелось писать про «кибернетическое 11 сентября» (воображаемый крупный террористический акт,


В полёт без ограничений: правда ли мобильник опасен для самолёта и можно ли это исправить? Евгений Золотов

Из книги Цифровой журнал «Компьютерра» № 179 автора Журнал «Компьютерра»

В полёт без ограничений: правда ли мобильник опасен для самолёта и можно ли это исправить? Евгений Золотов Опубликовано 26 июня 2013 «Дамы и господа, в целях вашей безопасности просим убедиться, что на время взлёта все электронные приборы выключены».


Полцарства за метаданные: почему спецслужбы собирают только метаинформацию — и что это вообще такое? Евгений Золотов

Из книги Цифровой журнал «Компьютерра» № 181 автора Журнал «Компьютерра»

Полцарства за метаданные: почему спецслужбы собирают только метаинформацию — и что это вообще такое? Евгений Золотов Опубликовано 08 июля 2013 Когда бывший директор АНБ и ЦРУ Майкл Гайден советовал европейцам поинтересоваться, чем занимаются их


Мелочь, а неприятно! Как АНБ читает шифрованные чаты Skype и Outlook — и можно ли положиться на Android Евгений Золотов

Из книги Цифровой журнал «Компьютерра» № 182 автора Журнал «Компьютерра»

Мелочь, а неприятно! Как АНБ читает шифрованные чаты Skype и Outlook — и можно ли положиться на Android Евгений Золотов Опубликовано 15 июля 2013 Нам недолго осталось наслаждаться разоблачениями Эдварда Сноудена. Пояснив, что владеет материалами, способными


Коммуникации низких энергий: для чего Apple купила Passif и будет ли в iWatch батарейка? Евгений Золотов

Из книги Цифровой журнал «Компьютерра» № 184 автора Журнал «Компьютерра»

Коммуникации низких энергий: для чего Apple купила Passif и будет ли в iWatch батарейка? Евгений Золотов Опубликовано 08 августа 2013 В первых числах августа по англоязычным новостным лентам промелькнуло известие о необычной сделке. За неназванную сумму


Коммуникации низких энергий: для чего Apple купила Passif и будет ли в iWatch батарейка? Евгений Золотов

Из книги Цифровой журнал «Компьютерра» № 185 автора Журнал «Компьютерра»

Коммуникации низких энергий: для чего Apple купила Passif и будет ли в iWatch батарейка? Евгений Золотов Опубликовано 08 августа 2013 В первых числах августа по англоязычным новостным лентам промелькнуло известие о необычной сделке. За неназванную сумму


Так почему гас олимпийский факел и можно ли было этого избежать? [дополнено] Евгений Золотов

Из книги Цифровой журнал «Компьютерра» № 194 автора Журнал «Компьютерра»

Так почему гас олимпийский факел и можно ли было этого избежать? [дополнено] Евгений Золотов Опубликовано 09 октября 2013 В науке производства есть замечательная находка под названием poka-yoke. В переводе с японского — а если верить легенде, концепцию


ТВ на заказ: как Intel строила главный ТВ-сервис Америки, почему не получилось и почему может получиться у нас Евгений Золотов

Из книги Цифровой журнал «Компьютерра» № 201 автора Журнал «Компьютерра»

ТВ на заказ: как Intel строила главный ТВ-сервис Америки, почему не получилось и почему может получиться у нас Евгений Золотов Опубликовано 29 ноября 2013 Нечасто, но случается, некоторое событие остаётся незамеченным несправедливо — потому только, что


Как богатые уничтожают прогресс высоких технологий Сергей Голубицкий

Из книги Цифровой журнал «Компьютерра» № 211 автора Журнал «Компьютерра»

Как богатые уничтожают прогресс высоких технологий Сергей Голубицкий Опубликовано 04 февраля 2014 Сегодня у нас драматичная и захватывающая тема: будем судить строгим пролетарским судом денежные мешки по обвинению их в уничтожении


Спасительные технологии: можно ли было избежать жертв на пароме «Сеул»? Евгений Золотов

Из книги Цифровой журнал «Компьютерра» № 221 автора Журнал «Компьютерра»

Спасительные технологии: можно ли было избежать жертв на пароме «Сеул»? Евгений Золотов Опубликовано 17 апреля 2014 О катастрофах писать всегда тяжело: один человек погиб или десять — это человеческие жизни, и любые спекуляции, размышления в духе