Почему прорывные графеновые аккумуляторы так и не появились в реальных гаджетах
Примерно пять-десять лет назад технологические СМИ часто писали о прорывных графеновых батареях, которые должны были полностью изменить рынок смартфонов, электромобилей и других устройств с аккумуляторами. Обещания сверхбыстрой зарядки за считаные минуты, многократного увеличения ёмкости и невероятной долговечности звучали как фантастика. Однако к 2025 году они так и не добрались до серийных смартфонов и других гаджетов. Разобрались, почему так получилось.
Чем плохи литий-ионные аккумуляторы
В большинстве актуальных смартфонов в 2025 году используются литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы. Литий-ионная технология аккумуляторов была продемонстрирована ещё в 70-х годах прошлого века, однако современные батареи основаны на патенте Акира Ёсино 1991 года. Принцип работы таких АКБ базируется на движении ионов лития между положительным и отрицательным электродами через электролит. При разрядке ионы лития перемещаются от анода к катоду, при зарядке — в обратном направлении. Но сама технология не идеальна.
Принцип работы литий-ионного аккумулятора.
В отличие от классических литий-ионных батарей, где используется жидкий электролит, в литий-полимерных аккумуляторах применяется твёрдый или гелеобразный полимерный электролит. Это позволяет создавать более тонкие и лёгкие батареи, что важно для компактных устройств по типу смартфонов или ноутбуков. Тем не менее по основным параметрам литий-полимерные батареи близки к литий-ионным, и поэтому предполагалось, что графеновые батареи заменят и их тоже.
Несмотря на свою популярность, литий-ионные аккумуляторы имеют ряд недостатков. Время полной зарядки составляет минимум 30–60 минут (в зависимости от ёмкости и мощности зарядного устройства), количество циклов заряд — разряд ограничено примерно 500–1000, а ёмкость постепенно уменьшается с каждым циклом. Кроме того, такие батареи чувствительны к перегреву, теряют свою эффективность при температуре ниже нуля и подвержены возгоранию.
К тому же такие аккумуляторы изготавливаются из редкоземельных металлов: для получения одной тонны лития требуется переработка 250 тонн руды. Да и сам литий токсичен, и его сложно переработать для повторного применения либо утилизировать.
Как правильно заряжать смартфон, чтобы аккумулятор прослужил дольше
Как работает графеновый аккумулятор
Графен — это материал, состоящий из атомов углерода, выстроенных в решётку в виде сот. Аккумуляторы на его основе эффективнее проводят и хранят электричество в сравнении с литий-ионными аналогами.
Кристаллическая решётка графена.
Графен в таких батареях может применяться различными способами: как добавка к существующим электродным материалам, самостоятельный компонент электродов или проводящая добавка. Вдобавок графен обеспечивает большую площадь поверхности для химических реакций и улучшает проводимость электродов. При площади, равной литий-ионной батарее, графеновые АКБ способны выдавать больше тока и носить больше заряда. Как следствие, и устройства с таким источником питания должны работать дольше.
Главное преимущество графеновых батарей заключается в их потенциальной способности заряжаться быстрее, чем актуальные типы аккумуляторов. Если для смартфонов это может быть не так существенно, то для электромобилей — важно. Так, например, китайская компания GAC в 2021 году анонсировала электромобиль Aion V EV 6С с запасом хода до 1000 км и зарядкой до 80% за 8 минут. Однако в серийное производство они так и не попали.
Кроме того, графеновые батареи потенциально демонстрируют значительно больший срок службы — до нескольких тысяч циклов заряд-разряд без существенной деградации. К тому же графеновые батареи более устойчивы к перепадам температур и механическим повреждениям. Но при этом встречаются АКБ на их основе крайне редко.
Почему графеновые аккумуляторы не получили широкого распространения
Первая и главная причина — высокая стоимость производства графена. Несмотря на многочисленные исследования, создание качественного графена, который будет соответствовать заявленным требуемым характеристикам, в промышленных масштабах остаётся дорогим и сложным процессом. На момент 2020 года одна тонна чистого графена обходилась около $200 000, тогда как карбонат лития, используемый в литиевых аккумуляторах, — $16 000 за тонну.
Инфраструктурные барьеры также играют важную роль. Мировая промышленность уже инвестировала средства в производство литий-ионных аккумуляторов, а переход на новую технологию потребует колоссальных затрат на модернизацию существующих предприятий.
Текущее применение графеновых аккумуляторов
В 2025 году графеновые технологии ограниченно применяются в специализированных областях. Отдельные компании внедряют графеновые добавки в существующие литий-ионные аккумуляторы для улучшения их характеристик.
Например, бренд CAT использует графен в аккумуляторах GXB5 для электроинструмента. Однако в основе лежат литий-полимерные элементы с катодом из графена. По заверениям производителя, аккумулятор ёмкостью 5 Ач заряжается за 18 минут и способен работать при экстремально низких температурах. Однако о повсеместном применении подобной технологии в мобильных устройствах пока речь не идёт. Впрочем, есть и альтернативные решения.
Кремний-углеродные батареи как промежуточное решение
Кремний-углеродные батареи представляют собой эволюцию литий-ионной технологии, где часть анода заменяется кремнием. Такие батареи уже используются в современных смартфонах и предлагают увеличение ёмкости примерно на 1000 мА·ч в сравнении с привычными аккумуляторами для мобильных устройств. Например, такие используются в актуальном флагмане Honor Magic7 Pro.
Первый взгляд на Honor Magic7 Pro: мощный, защищённый, с хорошей камерой
Хотя они не достигают теоретических показателей чисто графеновых аккумуляторов, их производство экономически целесообразнее на текущем этапе развития технологий. Такие батареи демонстрируют лучшую плотность энергии по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторами и более доступны для массового производства. Что, собственно, и делает их компромиссом на пути к полноценным графеновым батареям.
Итог
Хотя графеновые аккумуляторы пока не оправдали всех возлагавшихся на них надежд, исследования в этой области продолжаются. Пока же мы можем наблюдать только промежуточные решения в виде кремний-углеродных батарей.