«Революция в мире аккумуляторов» — пожалуй, одна из самых избитых тем в технологической журналистике последних двадцати лет. Каждый год нам обещали прорыв: то графеновые батареи с мгновенной зарядкой, то натрий-ионные элементы питания по цене пары бутербродов, то твердотельные аккумуляторы с фантастической ёмкостью. Но раз за разом все эти громкие анонсы заканчивались тишиной — и мы продолжали использовать всё те же литий-ионные батареи, разработанные ещё в начале девяностых.

Но сейчас, впервые за долгие годы, революция действительно случилась — и, что удивительно, прошла почти незамеченной. Речь о кремний-углеродных (SiC) аккумуляторах, которые наконец-то добрались до серийного производства и уже начинают появляться в новых смартфонах.

От лаборатории до серийного производства

История кремний-углеродных аккумуляторов началась в стенах Стэнфордского университета в 2007 году, когда группа исследователей впервые предложила использовать композитный анод на основе кремния и углерода. Однако от теоретической разработки до коммерческого продукта прошло более десяти лет.

Настоящий прорыв случился в 2020 году, когда китайская компания Honor взялась за коммерциализацию технологии. «Нулевое» поколение SiC-аккумуляторов, откровенно говоря, не впечатлило: характеристики оказались на уровне обычных литий-ионных батарей, а ресурс работы едва дотягивал до срока гарантии на устройство — так что эти батареи так и остались в прототипах да на технологических выставках. Тем не менее, Honor не остановилась на достигнутом и продолжила разработку.

Первое поколение SiC-аккумуляторов, появившееся в Honor Magic 6 Pro в 2023 году, можно назвать по-прежнему экспериментальным. Несмотря на незначительное увеличение ёмкости и ряд других преимуществ, ресурс этих батарей едва дотягивал до окончания гарантийного срока смартфона. Фактически, это был классический «первый блин» — технически работающий продукт, но недостаточно надёжный для массового рынка.

Настоящий прорыв случился в середине 2024 года, когда Honor вывела на рынок второе поколение своих кремний-углеродных аккумуляторов. Улучшенная технология оказалась настолько успешной, что впервые вышла за пределы одного производителя — десятки компаний по всему миру получили лицензии на использование разработки.

Плюсы и минусы SiC

Главное достоинство кремний-углеродных аккумуляторов второго поколения — увеличение удельной ёмкости на 20% по сравнению с литий-ионными аналогами. На практике это означает, что, например, новый IQOO 13 получит батарею на 6150 мАч при тех же габаритах, что и его предшественник. При этом SiC-аккумуляторы сохраняют работоспособность даже при температуре минус двадцать градусов — ситуация, в которой обычные литий-ионные батареи практически полностью теряют ёмкость.

Ещё одно важное преимущество — поддержка сверхбыстрой зарядки мощностью до 60 Вт на один элемент. В современных смартфонах обычно используется схема из двух «банок» в пакете, что позволяет достичь впечатляющих 120 Вт общей мощности зарядки. Таким образом, полная зарядка даже увеличенной батареи занимает не больше времени, чем у предыдущего поколения устройств, а, напротив, меньше — вплоть до получаса «от нуля до ста».

К сожалению, у новой технологии есть один существенный недостаток — цена. Будучи запатентованной разработкой, SiC-аккумуляторы остаются достаточно дорогими, поскольку китайские производители не стесняются использовать своё монопольное положение. Honor и другие держатели патентов установили высокие лицензионные сборы, фактически создав новый сегмент «суперфлагманов» — а производителям смартфонов прямо дают понять: «хотите создать настоящий «суперфлагман» 2025 года — придётся раскошелиться».

Впрочем, технологически кремний-углеродные аккумуляторы не сложнее литий-ионных, на которых они базируются, поэтому после истечения срока действия ключевых патентов можно ожидать значительного снижения цен.

Как устроен кремний-углеродный аккумулятор: в чем отличие от «лития»

Для понимания революционности кремний-углеродных аккумуляторов стоит начать с их устройства. Как и классические литий-ионные батареи, SiC использует литий-кобальтовый катод — проверенное временем решение, доказавшее свою надёжность. Однако главное отличие кроется в конструкции анода, где традиционный графит уступает место кремний-углеродной наносети.

Графитовый анод, впервые применённый Sony в 1991 году, долгие годы оставался стандартом индустрии не благодаря выдающимся характеристикам, а из-за отсутствия достойных альтернатив. Теоретически существовало (и существует) множество более эффективных анодных материалов, но каждый из них страдал от серьёзных недостатков: одни обеспечивали слишком низкую удельную ёмкость, другие перегревались (или, напротив, не работали при температуре ниже комнатной), третьи выдерживали лишь несколько десятков циклов заряда-разряда. Графит, при всех своих ограничениях, оставался единственным универсальным решением.

Упрощенная схема литий-ионного аккумулятора

Революционность кремний-углеродной технологии заключается в создании композитного материала, где недостатки компонентов взаимно компенсируются. Чистый кремний теоретически способен хранить в 9.5 раз больше энергии на грамм массы и сохраняет работоспособность практически до точки замерзания электролита. Однако его использование ограничивалось катастрофически низким ресурсом: уже после 20-50 циклов заряда-разряда ёмкость падала вдвое из-за разрушения материала.

SiC-технология же предлагает принципиально новый подход, заменяя графит на кремний-углеродную наносеть. Именно это объединение кремния с углеродом позволило получить все преимущества обоих материалов, избежав их недостатков (хоть и, увы, без десятикратной ёмкости).

К сожалению, точный состав и структура анода остаются коммерческой тайной, что оставляет простор для спекуляций о потенциале дальнейшего развития технологии. Особенно с учетом того, что даже зная их предсказать точный потолок композитного материала, увы, практически невозможно. Впрочем, даже существующие характеристики впечатляют — прирост ёмкости на 20% при сохранении габаритов говорит сам за себя.