Улучшая аккумулятор

Брайан Чен и Ник Билтон из The New York Times разобрались в том, что же нужно сделать, чтобы получить более долговечный аккумулятор. И вовремя: вокруг Apple уже ходят слухи об использовании солнечной энергии в будущих часах, а очки Google Glass всё ещё не годятся для постоянного использования из-за слабой батарейки. TJournal публикует перевод материала.

Для следующего (или послеследующего) прорывного смартфона привычный аккумулятор, вполне возможно, уже не будет единственным источником питания. Взамен он сможет получать энергию из воздуха или самостоятельно подзаряжаться от телевизора, сотовых сетей или сигналов Wi-Fi.

По словам экс-сотрудника Apple, инженеры компании в течение многих лет пытались создать «умную зарядку», добавив солнечную батарею в iPhone и iPod. И они всё ещё экспериментируют с солнечной энергией, как уверяют двое сегодняшних сотрудников.

Аккумуляторы, бедные родственники компьютерных чипов, сейчас переживают лихорадку в помешанной на исследованиях Кремниевой долине.

Ведь в то время как техно-компании стремятся расширить свой бизнес в сторону носимых устройств вроде браслетов для фитнеса, очков и умных часов, технологические ограничения аккумуляторов могут стать самой большой проблемой на пути к росту продаж и увеличению прибыли. Потребители едва ли захотят надевать наручный компьютер, вроде того, над которым работает Apple, или умные очки от Google, если гаджеты будут работать всего несколько часов, и необходимо будет снимать их для подзарядки.

Шиамнат Голлакота (Shyamnath Gollakota) демонстрирует устройства без батареи, которые он разработал со своими студентами в Вашингтонском Университете в Сиэтле. (Стюарт Исетт, The New York Times)

Гонка началась — как в плане поиска альтернативы традиционному аккумулятору, так и в плане попыток заставить аккумулятор дольше держать заряд.

Потребители скажут: «Дайте нам аккумулятор получше, потому что этот слишком быстро разряжается», — заявил Мужиб Ияз (Mujeeb Ijaz), технический директор A123 Systems, компании, которая производит аккумуляторы для электромобилей и инвестирует в стартапы, разрабатывающие новые технологии для аккумуляторных элементов.

«Лет пять назад такой потребности не было», - продолжил он. «А сейчас это важный вопрос для рынка, и разработчики встречаются и обсуждают свои потребности и то, как много инвестиций потребуется на исследования и разработки?»

И хотя скорость работы компьютерных чипов удваивалась каждые несколько лет, а цифровые экраны стали куда ярче и контрастнее, аккумуляторные технологии в своём развитии по большей части застряли в двадцатом веке. Производители устройств надеялись на постепенное улучшение показателей работы привычных литий-ионных аккумуляторов в комбинации с более энергоэффективными чипами и экранами.

Проблема отчасти заключается в том, что трудно обеспечить безопасность многих новых энергетических технологий. Неисправный аккумулятор потенциально может превратиться в миниатюрную бомбу. Поэтому продукты требуют тщательной проверки со стороны контролирующих организаций, прежде чем попасть на полки магазинов.

Но даже если новая энергетическая система будет одобрена, зачастую требуется, чтобы её начали применять известные бренды вроде Apple, Samsung или Microsoft, прежде чем рядовой потребитель начнёт доверять ей.

Некоторые в Кремниевой долине, как, например, Тони Фаделл, бывший старший директор департамента по разработке и выпуску iPod и iPhone, полагает, что было бы разумнее сконцентрироваться на улучшении аккумуляторов и других компонентов постепенными шагами, нежели предпринимать попытки заново изобрести аккумулятор как таковой.

«Надеяться и делать ставку на появление новой аккумуляторной технологии, на мой взгляд, глупо», — говорит Мистер Фаделл, на сегодняшний день возглавляющий компанию по производству бытовой техники Nest, которую в прошлом месяце купил Google. «Не нужно ждать, что вот-вот придёт аккумуляторная технология, потому что она двигается невероятно медленно».

Фаделл, которого часто называют «одним из отцов iPod», так как он принимал участие в работе над первой версией легендарного музыкального плеера Apple, говорит, что Apple много лет делала попытки встроить солнечные батареи в iPhone и iPod. По его словам, эта технология оказывалась непрактичной, потому что на улице люди обычно хранят свои устройства в карманах, а источники искусственного света в помещениях способны генерировать лишь незначительное количество энергии.

Последние на сегодняшний день продукты Apple, включая новейший MacBook Air, iPad и iPhone, в плане энергосбережения по большей части полагаются на энергоэффективные процессоры и алгоритмы программного обеспечения, нежели на сам аккумулятор. Пресс-секретарь Apple отказалась прокомментировать будущие продукты и технологии. Но есть свидетельства, что компания занимается вопросом улучшения аккумуляторов.

Так, за несколько последних лет Apple наняла инженеров с опытом в сфере энергетических технологий и дизайна аккумуляторов из компаний вроде Tesla, Toyota и A123 Systems. В прошлом году Apple купила Passif Semiconductor — стартап, который занимался разработкой чипов с крайне низким энергопотреблением.

По словам информированного источника, для своих наручных часов Apple также тестировала метод зарядки батареи беспроводным путём посредством магнитной индукции. Схожая технология уже используется в некоторых смартфонах Nokia — когда телефон лежит на зарядной панели, электрический ток создаёт магнитное поле и напряжение, благодаря которому телефон заряжается.

Источники, близкие к компании, уверяют, что Apple также проводила эксперименты с новыми методами зарядки для потенциальных «умных часов», хотя подобные эксперименты могут быть реализованы лишь спустя годы. Как ожидается, у часов будет изогнутый дисплей, и одна из идей — встроить слой в виде солнечной батареи в экран, а значит — устройство будет получать энергию от дневного света.

iPhone с переносным зарядным устройством. Apple работает над продлением жизни батареи. (Eduardo Munoz/Reuters)

Осенью Apple разместила список вакансий для инженеров, которые специализируются на солнечной энергии.

Другой эксперимент Apple заключался в зарядке батареи посредством движения. Этот метод уже используется во многих современных устройствах. Согласно патенту Apple от 2009 года, движения руки приводят в действие крошечное зарядное устройство, которое при ходьбе вырабатывает энергию для девайса.

В июле Apple получила патент на гибкий аккумулятор, который может быть встроен в наручные часы или планшет. И хотя это традиционный аккумулятор, он будет тонким и изогнутым, и потому его можно будет совместить с гибким слоем солнечной батареи.

Google также занимается поиском новых аккумуляторных технологий ради продления времени работы смартфонов. «Люди не хотят каждый день бегать в поисках зарядного устройства в три часа дня», - говорит Марк Рэндэлл, старший вице-президент по поставкам и операционной деятельности в Motorola, которую Google, судя по его заявлению на прошлой неделе, собирается продать Lenovo.

Samsung также разрабатывает новые типы батарей, держа в уме носимые устройства. Компания представила компактные изогнутые батареи, которые можно устанавливать в браслеты. А в прошлом году была представлена «Батарея Мечты» (Dream Battery), в которой используются твёрдые электролиты вместо жидких или полимерных, привычных для литий-ионных батарей. Это исключает риск взрыва и устраняет другие проблемы безопасности в гибкой электронике.

Университеты и стартапы также предпринимают усилия – некоторые даже столь же амбициозны, как Apple, и, возможно, это для них такой же журавль в небе. Тем не менее, они привлекают внимание венчурных капиталистов. Например, такие известные инвесторы как Founders Fund, глава Yahoo Марисса Майер, и компания Андрессен Хоровиц поддерживают uBeam, стартап из Маунтин-Вью, штат Калифорния, который разрабатывает систему получения устройствами энергии из воздуха. Технология использует пьезоэлектричество — способ зарядки через вибрацию определённых кристаллов и керамики.

«Аккумуляторные технологии сильно отстают от мобильных достижений, в то время как энергопотребление растёт, ведь пользователи требуют от своих устройств всё больше и больше», — говорит Мередит Перри, основательница uBeam.

И Ку (Yi Cui), профессор Стэнфордского университета, который основал стартап Amprius, работает над возможностью замены угольного анода в литий-ионных батареях на кремний. Кремний, по его словам, обладает ёмкостью в десять раз больше, чем у угля, но он увеличивается в размерах и крошится. Поэтому Мистер Ку и его команда покрыли кремний полимером, мягким и эластичным веществом, схожим с материалом, который используется для контактных линз. Он моментально сглаживает трещины во время работы аккумулятора.

Исследователи из Вашингтонского Университета также работают над методом взаимодействия беспроводных устройств без каких-либо батарей. Технология заключается в использовании уже имеющейся в воздухе энергии от ТВ, сетей сотовой связи и Wi-Fi, говорит Шиамнат Голлакота (Shyamnath Gollakota), старший преподаватель по компьютерным технологиям, который работает над проектом.

«Идея, по сути, в том, что нас окружают сигналы», — говорит Голлакота. «Так зачем же создавать новые сигналы для того, чтобы обеспечить коммуникацию?»

В коммерческом смартфоне батарея по-прежнему будет необходима, чтобы работал экран и иные функции, но метод сбора сигналов позволит совершать телефонные звонки и отправлять сообщения, не используя дополнительной энергии, говорит он.

В Google создание улучшенной батареи считают настолько важным, что этот вопрос добрался до самых верхов. Во время конференц-звонка по итогам года Ларри Пейдж, глава Google, подчеркнул, что время работы батареи на мобильных устройствах, включая планшеты и смартфоны, — занимают верхнюю позицию в списке того, что нужно изобрести заново. «Есть реальная возможность изобрести нечто новое и улучшить опыт взаимодействия», — сказал он.

Этот материал является переводом оригинальной статьи Брайана Чена и Ника Билтона «Building A Better Battery» в The New York Times.