Кремний-углеродные аккумуляторы: что это такое и чем они лучше обычных литий-ионных батарей
24.05.2025
Технологический прорыв в области аккумуляторов для мобильных устройств ожидался давно. Конечно, литий-ионные аккумуляторы появились еще в 1991 году, а технология Li-Pol имеет еще более ранние корни. Анонсы многообещающих аккумуляторных инноваций появляются регулярно, но затем обычно наступает затишье. А вот с кремний-углеродными аккумуляторами произошла другая история. Они спокойно прошли лабораторные испытания и поступили в массовое производство на смартфонах ведущих китайских брендов. Мы решили выяснить, в чем разница между кремниево-углеродными аккумуляторами, в чем их плюсы, минусы и перспективы.
1. Что такое кремний-углеродные аккумуляторы (Si-C)
Кремний-углеродные аккумуляторы (цинковые) не отличаются радикально от обычных литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов, которые повсеместно используются в смартфонах. Точнее было бы сказать, что это новый тип литиевых аккумуляторов. Короче говоря, в SiC по-прежнему присутствует литий, а вместо привычного графитового покрытия используется композитный материал из кремния и углерода. Именно такие точечные усовершенствования призваны улучшить эксплуатационные свойства аккумулятора. Если вы не хотите углубляться в технические подробности, то можете перейти к следующему разделу, где мы расскажем об основных плюсах и минусах кремний-углеродных аккумуляторов. А ниже мы более подробно опишем конструктивные p3069-особенности Si-C.
Современный литиевый аккумулятор для мобильных устройств состоит из трех ключевых компонентов:
- Катод. Он состоит из металла, покрытого литием: чаще всего литий-кобальтового оксида, реже литий—марганцевого;
- Электролит. Это сепаратор, то есть разделяющее вещество, которое пропускает ионы лития. В Li-ion используется пористый электролит, в то время как в Li-Pol используется полимерный электролит. Последний повышает общую надежность, но стоит дороже. В этом, собственно, и заключается основное различие между двумя популярными технологиями.;
- Анод. С 1991 года стандартом для него считается медь с тонким слоем графита. Именно такой дизайн анода используется сегодня в литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторах. Но в кремний-углеродных батареях было введено новшество. Анод Si-C покрыт композитным материалом с наноструктурами кремния и углерода, то есть мельчайшими частицами этих двух веществ.
Упрощенная структура кремний-углеродного аккумулятора.
Обратите внимание, что графитовый анод стал стандартом для литиевых аккумуляторов не из-за его идеальных свойств, а из-за отсутствия достойной альтернативы. Как минимум, соотношение емкости, надежности и цены долгое время оставалось оптимальным для графита. Но в последние годы обычные технологии (Li-ion и Li-Pol) достигли предела развития: увеличить емкость можно только за счет увеличения габаритов.
Попытки усовершенствовать анод в литиевых батареях предпринимаются с середины 2000-х годов. И уже тогда начались разговоры о перспективах кремниевого покрытия, поскольку теоретическая плотность энергии этого материала в 10 раз выше, чем у графита. Соответственно, его использование позволяет значительно увеличить емкость аккумулятора или сделать аккумуляторы более компактными без потери емкости.
Однако сам кремний разбухает в процессе зарядки, а при разрядке сжимается. Из-за этого он постепенно разрушается, и срок службы батареи крайне мал (от 20 до 50 циклов). Добавление углерода в состав позволило компенсировать этот недостаток. Именно так возникли кремниево-углеродные аккумуляторы.
Важный! На момент написания этой статьи точная структура и состав Si-C анода составляли коммерческую тайну, защищенную патентом. Но известно, что ключевой особенностью технологии и ее революционным характером является отказ от графитового покрытия в пользу кремний-углеродной наноструктуры.
2. Плюсы и минусы Si-C
Кремний-углеродные аккумуляторы получают все большее распространение благодаря своим важным эксплуатационным преимуществам.:
- Увеличение емкости. Теоретически кремниевые аккумуляторы могут иметь в 10 раз большую емкость, чем их графитовые аналоги. На практике показатели все еще более скромные, в том числе из-за необходимости использования углерода и других технических ограничений. Но увеличение емкости на 20% без увеличения габаритов - это уже реальность, а это значит, что вместо литий-ионного аккумулятора емкостью 5000 мАч в тот же чехол для смартфона можно поместить литий-ионный аккумулятор емкостью 6000 мАч.
- Снижение веса и габаритов. Еще одним положительным последствием использования кремния является возможность сделать смартфоны тоньше и легче без ущерба для автономности. Ярким примером этого является Honor Magic V3: его толщина в разложенном виде составляет всего 4,4 мм, а емкость аккумулятора - 5150 мАч. Кстати, меньшие габариты аккумулятора позволяют инженерам не жертвовать другими важными компонентами аппаратной части мобильного устройства — объемом памяти, элементами охлаждения и т.д.
- Поддерживает сверхбыструю зарядку. В процессе зарядки кремний может улавливать больше ионов лития, чем графит. На практике это означает максимальную мощность в 60 Вт на ячейку, а в современных смартфонах их две, то есть предел составляет 120 Вт (для сравнения, этот показатель редко превышает 60 Вт для Li-Ion). И все это без учета фирменных технологий быстрой зарядки, благодаря чему пользователи смартфонов смогут заряжаться от 0 до 100% быстрее, даже при использовании аккумуляторов большой емкости.
- Морозостойкость. SiC-аккумуляторы корректно работают при минусовых температурах до -20 °C. В таких условиях стандартные аккумуляторы быстро разряжаются и отключаются. Для зимы и других сложных условий эксплуатации это также важный бонус.
Морозостойкость Honor Magic 6 Pro для рекламного ролика проверяли в криокамере. Затем и на практике это свойство подтвердилось.
Минусы кремний-углеродных аккумуляторов:
- Цена. Технология SiC запатентована, и правообладатели установили высокие лицензионные сборы за использование разработки. В результате стоимость смартфонов также растет. Пока что флагманские и почти флагманские решения чаще всего оснащаются кремний-углеродными аккумуляторами.
- Надежность. В связи с новизной технологии и "ошибками роста" вопросы о сроке службы и безопасности SiC очень актуальны. Инженеры работают над тем, чтобы сделать эти аккумуляторы более надежными и долговечными, но сейчас их средний срок службы уступает традиционным аналогам — Li-ion и Li-Pol: обычно они рассчитаны на 1000 циклов зарядки-разрядки без ухудшения качества (серьезной потери емкости).
Обратите внимание, что высокая стоимость является временным недостатком кремний-углеродных аккумуляторов. Технология производства SiC не сложнее, чем у стандартных аккумуляторов, а это означает, что цены выровняются после истечения срока действия патентов.
Фактор надежности также может в будущем превратиться из минуса в плюс. Таким образом, кремний не только лучше переносит низкие температуры, но и работает более стабильно благодаря углеродным частицам и менее подвержен нагреву в процессе зарядки и активной эксплуатации гаджета. Теоретически, это позволит инженерам увеличить время автономной работы до 5-7 лет, то есть время автономной работы будет приближено к сроку службы самого смартфона.
3. Сравнение Si-C и привычных аккумуляторов смартфона
Кремний-углеродные аккумуляторы могут обеспечить повышенную емкость при меньших (или одинаковых) размерах и весе, чем литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы. SiC также лучше работает в холодную погоду и поддерживает высокую мощность зарядки, но пока они дороже и уступают по долговечности.
В Xiaomi 14 Ultra используется кремний-углеродная АКБ. Ее емкость больше, а размеры меньше, чем у 14 Pro и 13 Ultra.
Для наглядного сравнения мы свели ключевые отличия Si-C от Li-ion и Li-Pol в таблицу:
| Параметр сравнения | Li-ion | Li-Pol | Si-C |
|---|---|---|---|
| Конструктивные особенности | литиевый катод, графитовый анод, пористый электролит | литиевый катод, графитовый анод, полимерный электролит | литиевый катод, анод с кремнием и углеродом |
| Максимальная плотность энергии, мАч/г | 372 | 372 | 4200 |
| Типичная емкость АКБ, мАч | 5000 | 5000 | 6000+ |
| Морозостойкость | низкая | низкая | высокая |
| Размеры | средние | средние | минимальные |
| Рабочий ресурс, циклы | 1000 | 1000+ | около 600 |
| Цена | низкая | средняя | высокая |
4. Смартфоны-первопроходцы с кремний-углеродной батареей
Бренд Honor первым начал массовое производство смартфонов с aSiC-аккумуляторами. Он является одним из обладателей патента на технологию и активно развивает ее. Серийное производство кремний-углеродных аккумуляторов первого поколения дебютировало в 2023 году. Они были установлены в смартфоне Honor Magic 5 Pro, но только в версии для китайского рынка. Здесь он поставляется с аккумулятором емкостью 5100 мАч, а в Китае - с аккумулятором емкостью 5450 мАч. Однако эти аккумуляторы продемонстрировали крайне низкий срок службы: деградация началась еще до истечения годичной гарантии.
Аккумуляторы с кремнием идеально подходят для ультратонких смартфонов.
Honor исправила недостатки и предложила Si-C второго поколения в следующих смартфонах Magic — 6 Pro, 7 (версии Lite и Pro), V2 и V3. Они уже были поставлены на международный рынок, а время автономной работы значительно возросло. Также в 2024 году бренд предложил смартфоны с кремний-углеродными батареями в среднем ценовом сегменте, такие как Honor 200.
Успех дебютанта подхватили другие ведущие китайские производители, в том числе Xiaomi. Первым смартфоном с Si-C на местном рынке стал флагман 14 Ultra, а на мировом рынке — 15 Ultra. Также модели с кремний-углеродной батареей на момент написания статьи предлагают Vivo и iQOO, OnePlus, Realme, Poco и OPPO. Ассортимент смартфонов с Si-C активно расширяется. Можно ожидать, что эта тенденция сохранится.
В таблице представлены первые смартфоны с кремний-углеродной батареей, запущенные в массовое производство ведущими брендами: их количество значительно выросло. Также в 2024 году бренд предложил смартфоны с кремний-углеродными батареями в среднем ценовом сегменте, такие как Honor 200.
В таблице представлены первые смартфоны с кремниево-углеродной батареей, запущенные в массовое производство ведущими брендами:
| Смартфон | Емкость АКБ, мАч |
|---|---|
| Honor Magic 5 Pro (только Китай) | 5450 |
| Honor Magic6 Pro | 5600 |
| Xiaomi 14 Ultra (только Китай) | 5300 |
| Xiaomi 15 Ultra | 6000 |
| Vivo X200 Pro | 6000 |
| iQOO 13 | 6150 |
| OnePlus 13 | 6000 |
| Realme P3 Pro (только Китай) | 6000 |
| Realme GT7 Pro | 6500 |
| Poco X7 Pro | 6000 (6500 в Китае) |
| OPPO Find X8 Pro | 5910 |
Poco X7 ProОбратите внимание, что у большинства моделей, представленных в таблице, емкость аккумулятора составляет около 6000 мАч, а толщина корпуса колеблется от 8 до 9 мм (чаще всего до 8,5 мм).
5. История и перспективы Si-C
Технология создания кремниево-углеродных аккумуляторов в 2025 году находится только в начале своего пути. Чтобы оценить перспективы SiC, мы предлагаем краткую хронологию ее развития.:
- 1970-е годы — первые лабораторные эксперименты с аккумуляторами на базе лития и кремния;
- 2002 г. — создание батареи с кремний-углеродным анодом;
- 2014 – 2018 гг. — активные исследования в области Si-C, которые проводятся учеными Стенфорда, других учебных заведений, инженерами различных технологических стартапов;
- 2020 г. — начало лабораторных испытаний Honor, нацеленные на коммерческое использование кремний-углеродных аккумуляторов в смартфонах;
- 2023 г. — дебют Si-C первого поколения в серийном производстве смартфонов;
- начало 2024 г. — выпуск и коммерческий успех смартфонов Honor с кремний-углеродными батареями второго поколения;
- 2024 г. — активное производство мобильных устройств с Si-C популярными китайскими брендами (Xiaomi, Vivo, OnePlus и др.);
- январь 2025 г. — появление первых слухов, что Samsung и Apple уже работают над выпуском смартфонов с кремний-углеродными аккумуляторами. В том же месяце информационный ресурс FNNews предположил, что в Samsung Galaxy S26 может быть использована батарея Si-C;
- февраль 2025 г. — выпуск смарт-часов OnePlus Watch 3, в которых установлен кремний-углеродный аккумулятор. ОтметPoco X7 Proим, что Honor Watch 5 анонсированы раньше, но пока доступны не везде.
- март 2025 г. — появление новости, что в iPhone 17 Air, вероятно, будет использована батарея Si-C;
- апрель 2025 г. — активные слухи, что в Samsung Galaxy S25 Edge может быть установлен кремний-углеродный аккумулятор. Также многие инсайдеры ожидают дебюта Si-C в мобильных гаджетах Google (Pixel и Watch нового поколения).
Кремний-углеродные АКБ уже дебютировали в смарт-часах.
Появляется все больше слухов и утечек об использовании кремний-углеродных аккумуляторов. Дело доходит до того, что если в 2025 году будет анонсирован тонкий смартфон или практически любой флагманский носимый гаджет (часы, фитнес-браслет и т.д.), то технические эксперты ожидают, что они будут оснащены аккумулятором Si-C.
Говоря о перспективах развития технологии кремний-углеродных аккумуляторов, можно предположить, что в ближайшем будущем все больше смартфонов премиум-класса и полуфлагшипов будут оснащаться таким аккумулятором. В 2025 и 2026 годах использование SiC станет маркетинговым трендом и данью техномодели. Итак, первые iPhone, Samsung Galaxy и Pixel с таким аккумулятором, безусловно, вызовут серьезный ажиотаж, поддержанный рекламными кампаниями в духе "еще тоньше, еще автономнее".
Эксперты ожидают, что китайские бренды, особенно Honor, как один из патентообладателей, смогут активно предлагать кремний-углеродные смартфоны в среднем ценовом сегменте. В противном случае литий-ионные аккумуляторы будут доминировать в этой категории, а также среди бюджетных мобильных гаджетов еще как минимум 5 лет.
6. Выводы
С технической точки зрения, кремний-углеродные аккумуляторы являются эволюционным шагом в развитии литиевых источников питания. Увеличение емкости на 20% при уменьшении или сохранении размера аккумулятора воспринимается пользователями со сдержанным оптимизмом, а не как техническая революция. Но для индустрии мобильных устройств это действительно серьезный качественный скачок. Активный переход китайских производителей на SiC и слухи об их использоPoco X7 Proвании лидерами рынка (Apple и Samsung) только подтверждают это мнение.
По слухам ультратонкий iPhone 17 Air получил батарею Si-C.
Пока что кремний-углеродная технология не лишена недостатков. Но это всего лишь второе поколение аккумуляторов, в то время как литий-ионные и полимерные аналоги совершенствовались десятилетиями, и коммерческий успех Si-C уже стал фактом.
Перспективы дальнейшего совершенствования весьма оптимистичны, включая увеличение мощности, уменьшение габаритов, повышение надежности и снижение цен. Даже если в ближайшие годы не удастся добиться увеличения емкости аккумулятора более чем на 20% при том же или меньшем размере, но долговечность станет сопоставимой (или даже выше) с показателями литий-ионных и литий-полимерных аналогов, то кремний-углеродные аккумуляторы определенно станут лучшими в мире. новый стандарт рынка смартфонов и не только.