Кремний-углеродные аккумуляторы: что это, плюсы и минусы

Смартфоны с батареями на 7000, 8000 и даже 10 000 мА·ч когда-то были защищёнными «кирпичами». Теперь это обычные на вид телефоны вроде vivo Y600. Главная причина — изменение внутри аккумулятора, которое называют кремний-углеродным анодом. Разбираемся, что это, в чём его сила и на что обратить внимание.

Что такое кремний-углеродный аккумулятор?

Кремний-углеродный (часто пишут Si/C или Si-C) аккумулятор — разновидность литий-ионной батареи. Работает он так же, как батарея в любом другом телефоне: при зарядке ионы лития переходят из катода (плюс) в анод (минус), а при работе возвращаются обратно.

Разница — в материале анода. В обычной батарее телефона анод в основном из графита. В кремний-углеродной часть графита заменяет кремний, удерживаемый в углеродной структуре. Катод, электролит и способ зарядки не меняются, поэтому такие батареи можно выпускать на существующих заводах и заряжать обычными зарядками.

Почему кремний? Больше лития в том же объёме

Именно в аноде хранится литий, когда батарея заряжена. Графит держит литий между своими углеродными слоями, и места там немного. Кремний соединяется с литием иначе и на единицу массы теоретически может вместить примерно в десять раз больше лития.

В реальных элементах кремния немного, так что о десятикратной ёмкости речи нет. Но даже частичная замена позволяет сделать анод тоньше при той же ёмкости или сохранить размер и добавить ёмкость. Так бренды и вмещают гораздо больше мА·ч в телефон обычной толщины.

Подвох: кремний разбухает

Главная слабость кремния — расширение. Поглощая литий, он может увеличиться примерно в три-четыре раза от исходного объёма, тогда как графит расширяется лишь примерно на 10%. Постоянное разбухание и сжатие может растрескивать частицы кремния, нарушать электрический контакт и постепенно «съедать» литий и электролит в побочных реакциях. В ранних лабораторных элементах из-за этого ёмкость падала быстро.

Тут и нужен углерод. Производители встраивают мелкие частицы кремния в пористый или слоистый углерод: это оставляет место для расширения, сохраняет контакт и защищает поверхность частиц. Кроме того, они ограничивают долю кремния в аноде. Точные рецептуры — коммерческая тайна, поэтому две «кремний-углеродные» батареи могут вести себя совсем по-разному.

Долго ли служит кремний-углеродный аккумулятор?

Однозначного ответа нет. Ресурс зависит от доли кремния, углеродной структуры, катода, того, насколько греется телефон и как он управляет зарядкой. Бренды публикуют свои данные о циклах, но тестируют по-разному, так что цифры напрямую не сравнить.

Что можно сделать: посмотреть гарантию и обещания по состоянию батареи, а также читать независимые долгосрочные обзоры, когда они появятся. Через год использования проверьте реальное состояние батареи по нашему гиду как проверить состояние аккумулятора телефона.

Они безопасны?

Кремний-углеродные элементы — это литий-ионные элементы с теми же базовыми рисками: повреждения, перегрев и некачественная зарядка. В телефонах есть схемы защиты, которые контролируют ток зарядки и температуру. Привычные советы действуют и здесь: избегайте жары, пользуйтесь нормальной зарядкой и не используйте телефон с заметно вздувшейся батареей. Если телефон греется при зарядке, читайте, почему смартфон перегревается.

Почему на некоторых рынках батареи меньше

Можно заметить, что та же модель в Европе или США получает батарею меньше, чем в Китае. Бренды редко называют одну официальную причину. Один из факторов, который часто упоминают, — правила перевозки: нормы авиаперевозок строже относятся к отдельным литий-ионным элементам свыше 20 Вт·ч, поэтому очень большие батареи иногда делят на два элемента или уменьшают для некоторых регионов. Свою роль играют и региональная сертификация, и конструкторские решения. Всегда смотрите характеристики именно для вашей страны, а не для рынка премьеры.

Как узнать, такая ли батарея в вашем телефоне

Ищите «silicon-carbon», «Si/C» или «кремниевый анод» на официальной странице характеристик или в материалах презентации. Многие бренды это подчёркивают, потому что это аргумент для продаж. Если телефон необычно тонкий для своей ёмкости, кремний-углеродный анод вероятен, но подтвердить это может только производитель.

Всё ли решают мА·ч?

Нет. Больше мА·ч означает больше запасённого заряда при напряжении элемента, но автономность зависит ещё и от энергоэффективности чипа, экрана, модема и софта. Хорошо настроенный телефон с меньшей батареей может проработать дольше прожорливого с большей. Сравнивайте независимые тесты автономности, скорость зарядки и гарантию на батарею, а не только цифру из рекламы. Похожий компромисс в автомобилях — в нашем материале LFP или NMC: батареи электромобилей.

Советы, как продлить жизнь батареи

• Не оставляйте телефон в жаре — на панели машины или под подушкой во время зарядки.
• Включите защиту батареи (часто это ограничение до 80% или «адаптивная» зарядка), если телефон заряжается всю ночь.
• Пользуйтесь качественной зарядкой с поддержкой стандарта вашего телефона; основы — в нашем гиде по USB-C зарядкам.
• Не бойтесь иногда заряжать до 100% или пользоваться быстрой зарядкой, когда нужно; главный враг — тепло.