Литий-ионные аккумуляторы начали своё развитие в 1970-х годах, когда учёные искали более эффективные способы хранения энергии для портативной электроники. Первые коммерческие модели появились в 1991 году, но с тех пор технология прошла значительный путь.
Прежде всего была значительно увеличена ёмкость. Может показаться, что этот показатель не меняется, но это не так. 10 лет назад в массовом сегменте при аналогичной толщине смартфонов стояли аккумуляторы на 3000 мАч, тогда как сегодня всё больше встречаются более ёмкие на 6000 мАч. Также разработчики увеличили безопасность устройств, сделав срок службы более высоким. Проще говоря, телефоны и носимая электроника имеет больше циклов перезарядки с одновременным ростом автономности.
Современные литий-ионные аккумуляторы обладают минимальным количеством недостатков, включая высокую плотность энергии и крайне низкий процент саморазряда.
И всё же, растущий спрос выявил серьёзную проблему, ведь ресурсы на нашей планете не бесконечны. Основные месторождения лития сосредоточены в нескольких странах, а добыча связана с экологическими и геополитическими рисками. Это создаёт дефицит и подталкивает к поиску альтернатив. Сегодня ведутся активные исследования в области натрий-ионных, магний-ионных и твердотельных аккумуляторов, которые потенциально могут заменить литий. Эти технологии обещают снизить зависимость от редких металлов и сделать хранение энергии более устойчивым и доступным в будущем. Некоторые разработчики более успешны, чем другие, но пока о массовом переходе на указанные выше и другие альтернативы речь не идёт. Это значит, что уход литий-ионных аккумуляторов с мировой технологической арены случится ещё очень нескоро. В таком случае нужно не только искать альтернативы, но и пытаться внести улучшения в уже существующие технологии. Как стало известно, российские учёные из Санкт-Петербургского политехнического университета (СПбПУ) совершили заметный шаг вперёд в развитии литий-ионных аккумуляторов.
Новая технология обещает не только увеличить ёмкость батарей, но и сделать их гораздо безопаснее, а это может повлиять на всю индустрию портативной электроники (от смартфонов до электромобилей). По данным портала РИА «Новости», исследователям удалось увеличить удельную энергию аккумуляторов примерно на 20%. Это означает, что устройства смогут работать без подзарядки существенно дольше. Такого результата учёные добились за счёт применения металлического лития. Попытки его использования предпринимаются, но назвать их успешными получается не всегда. При этом такой материал приводит к повышенным рискам и пока не стал массовым. Но перейдём к ключевым деталям разработки. В обычных литий-ионных батареях, как пояснил заведующий научной лабораторией СПбПУ Максим Максимов, удельная энергия колеблется в пределах 250-280 Вт·ч/кг. Новая технология позволяет выйти на показатели в 300-350 Вт·ч/кг и выше. Если говорить проще, то смартфон и любой другой гаджет с литий-ионным аккумулятором будет работать на одной зарядке на указанные выше 20% дольше. Согласно озвученным данным, важным результатом разработки считается не только высокая энергоэффективность. Сообщается, что российские исследователи подошли вплотную к созданию полностью твердотельных аккумуляторов. В подобных элементах питания отсутствует жидкий электролит и другие органические растворители, понижающие безопасность за счёт рисков перегрева и потенциального воспламенения.
Российские разработчики напоминают, что большая часть современных литиевых аккумуляторов склонна к перегреву и возгоранию из-за коротких замыканий. Это может привести к серьёзным последствиям: от разрушения техники до угрозы жизни. Вот только, тушить такие пожары не только сложно, но и бесполезно из-за наличия особых компонентов внутри. Батарея сгорает дотла, тогда как разработка СПбПУ предлагает полный отказ от жидких компонентов и переход на твёрдый электролит, дополнительно защищённый специальными покрытиями. Это радикально снижает риск возгорания и повышает надёжность всей системы. Сами учёные называют свой метод «супертехнологией». В его основе лежит молекулярное наслаивание, представляющее собой выращивание тончайших слоёв на твёрдом электролите. Это обеспечивает стабильный контакт между компонентами батареи и препятствует разрушению внутреннего интерфейса. Подобные технологии приведут к созданию долговечных, мощных и абсолютно безопасных аккумуляторов, которые не будут терять ёмкость с годами. Но самое главное, подобные устройства будут массовыми и появятся во всех пользовательских гаджетах.
Как уже было сказано выше, попытки улучшить актуальные технологии предпринимаются по всему миру. Потенциал у литий-ионных аккумуляторов не исчерпан, но пока победителей в гонке нет. Верх возьмёт не только самая эффективная, но и дешёвая идея, а конечному пользователю придётся запастись терпением. Если перечислить наиболее интересные разработки, то можно вспомнить, что в Швеции создали безопасную батарею на основе цинка и полимера. В Южной Корее проводятся работы по производству натрий-ионных аккумуляторов, ключевая особенность которых кроется в чрезвычайно быстром заряде. Существующие прототипы способны с нуля до 100% зарядиться за несколько минут. В начале 2025 года в прессе писали об алюминиевых батареях, которые способны сохранять полную ёмкость десятилетиями, обладая почти нулевым саморазрядом. Всё это находится в режиме активной разработки и не претендует на массовость, поскольку у каждой технологии есть заметные недостатки. Некоторые не могут обеспечить высокую плотность заряда. Другие сложны в производстве, а многие слишком дорогие.
Не так давно на рынке появились кремний-углеродные аккумуляторы. Эксперты отмечают, что подобные элементы питания лишены недостатков литиевых аналогов. Так, они обладают высокой стабильностью, более ёмкие и не приводят к взрывам. Озвучиваются прогнозы, согласно которым в конце 2025 года в продаже появится больше устройств на основе кремний-углеродных аккумуляторов.
