iPhone 17 Air, возможно, получит кремний-углеродный аккумулятор — решит ли новая технология главную проблему тонких смартфонов?

Производители телефонов снова одержимы тонкостью. После нескольких лет, когда главной добродетелью смартфона считался большой аккумулятор, маятник качнулся в обратную сторону. В гонку за миллиметрами включились почти все: Samsung, Huawei, и, по слухам, скоро к ним присоединится Apple с рекордно тонким iPhone 17 Air.

Это вызывает закономерный вопрос. Неужели мы снова возвращаемся к компромиссу, где за элегантный дизайн приходится платить временем работы? Возможно, нет. Ответ кроется не в дизайне и не в программных ухищрениях, а в фундаментальных изменениях внутри батареи. Речь идет о кремний-углеродных анодах.

Давайте разберемся, что это такое, как это работает и почему это не просто очередное маркетинговое название.

Что не так с графитом?

Чтобы понять решение, нужно сначала понять проблему. Внутри вашего смартфона находится литий-ионный аккумулятор. Его работа — это постоянное движение ионов лития между двумя электродами: катодом и анодом. Когда вы пользуетесь телефоном, ионы движутся в одну сторону. Когда заряжаете — в другую.

Долгие годы материалом для анода (отрицательного электрода) служил графит. Он надежен, дешев и хорошо изучен. Но у него есть физический предел. Графит не может вместить в свою структуру бесконечное количество ионов лития. Он занимает значительный объем внутри батареи — до 60%, — и инженеры уже выжали из него практически максимум. Дальнейшее увеличение плотности энергии стало почти невозможным. Графит стал узким местом.

Почему кремний — почти идеальный кандидат?

В поисках замены графиту ученые давно обратили внимание на кремний. Причина проста: он обладает феноменальной емкостью. По весу кремний способен удерживать примерно в десять раз больше ионов лития, чем графит.

Это открывает перед производителями два совершенно разных пути.

1. Больше энергии в том же объеме. Можно взять корпус стандартной толщины, заменить графитовый анод на кремниевый и получить аккумулятор заметно большей емкости. По этому пути пошли некоторые китайские бренды, оснастив свои флагманы батареями, которые еще недавно казались немыслимыми для телефонов.
2. Та же энергия в меньшем объеме. Можно сохранить емкость на привычном уровне, но, поскольку новый анод гораздо компактнее, уменьшить физические размеры всей батареи. А освободившееся пространство отдать под более тонкий корпус.

Именно второй сценарий, судя по всему, выбрала Apple для своего iPhone 17 Air. Но если все так хорошо, почему мы не перешли на кремний еще десять лет назад?

Так в чем подвох?

Главная проблема кремния — его расширение. Насыщаясь ионами лития в процессе зарядки, чистый кремний способен увеличиваться в объеме почти в три раза. Этот процесс повторяется с каждым циклом. Такое «дыхание» материала губительно для внутренней структуры аккумулятора. Оно вызывает механическое разрушение, быструю деградацию и, в конечном счете, представляет угрозу безопасности.

Десятилетия ушли на решение этой задачи. И оно оказалось в слове «углеродный» из названия технологии.

Инженеры придумали элегантный ход. Они не используют чистый кремний. Вместо этого они создают микроскопическую углеродную структуру с порами нанометрового размера — по сути, каркас. Эти поры затем лишь частично заполняются кремнием. Что это дает? Когда ионы лития поступают в анод, кремний начинает расширяться, но делает это внутрь заранее оставленных пустот в углеродной матрице.

Расширение происходит на уровне отдельной частицы и не затрагивает общую структуру электрода. Аккумулятор не «видит» этого процесса, остается стабильным и сохраняет долгий срок службы. Проблема была решена не грубой силой, а точным проектированием на наноуровне.

Решает ли это все проблемы?

Нет. И здесь важно сохранять трезвый взгляд. Кремний-углеродная технология — это значительный шаг вперед, но не панацея. Остается несколько объективных трудностей.

Цена. Процесс создания таких анодов, особенно с применением чистого силанового газа, значительно дороже производства графита. Это напрямую отразится на конечной стоимости устройств. Слухи о подорожании iPhone 17 Air могут быть связаны в том числе и с этим.

Циклы жизни. Теоретически, графит способен выдержать до 5000 циклов заряда-разряда. Для текущих кремний-углеродных анодов этот показатель находится в районе 1000 циклов. Звучит как серьезное ухудшение. Однако есть нюанс: производители смартфонов давно выжимают из графитовых батарей максимум плотности, что также снижает их реальный ресурс. Батареи в последних моделях iPhone рассчитаны как раз на сохранение 80% емкости после тех же 1000 циклов. Так что для конечного пользователя разница может оказаться незаметной.

Эффективность. При работе кремниевые аноды выделяют больше тепла, чем графитовые. Это означает, что небольшая часть энергии теряется, а не запасается.

Что будет дальше?

Нужно понимать главное. Битва за время работы смартфона — это бесконечная гонка технологий. С одной стороны инженеры-химики дают нам более плотные аккумуляторы. С другой — разработчики программного обеспечения нагружают устройства новыми функциями, особенно локальными нейросетями, которые с аппетитом поглощают любую доступную энергию.

Поэтому прирост емкости батареи не всегда означает, что ваш телефон будет работать дольше. Часто это означает, что он просто сможет делать больше.

Эксперимент Apple с iPhone 17 Air покажет, готова ли аудитория к сверхтонким устройствам, даже если их автономность не бьет рекордов, а просто остается на «достаточном» уровне. Возможно, мы стоим на пороге нового витка развития мобильных устройств, где форма снова начинает диктовать свои условия. И химия дает ей на это право.