Сергій Асмаков
За останні роки ми звикли до стрімкого темпу розвитку цифрової техніки. Але якщо одні категорії комплектуючих (такі як мікропроцесори або модулі пам'яті) дійсно удосконалюються з воістину космічною швидкістю, то по ряду інших напрямків прогрес не настільки помітний. До числа останніх відносяться акумуляторні джерела живлення. І це, безумовно, створює певні проблеми, оскільки від характеристик цих компонентів залежать такі важливі параметри, як тривалість автономної роботи, час відновлення заряду, а також розміри і вага кінцевого продукту.
Тонкощі вибору джерела живлення
В даний час в портативних електронних пристроях застосовуються джерела живлення декількох різних типів. Така різноманітність не є примхою розробників, а має цілком логічне пояснення. Наприклад, в разі мобільних пристроїв - таких як смартфони, планшети або ноутбуки - пріоритетне значення має питома енергоємність (тобто кількість запасається електроенергії на одиницю об'єму акумуляторної батареї). Чим вище цей показник, тим більше буде ємність батареї при тих же фізичних габаритах. Таким чином, установка батареї з більш високою питомою енергоємністю дозволить продовжити час автономної роботи мобільного пристрою, не збільшуючи його розміри - що вкрай важливо, враховуючи нинішню моду на гаджети в максимально тонких корпусах. Саме тому в сучасних смартфонах і планшетах застосовуються літій-іонні і літій-полімерні акумуляторні батареї, які на даний момент лідирують в категорії малогабаритних перезаряджаються джерел живлення по питомої енергоємності.
Однак при розробці бездротових периферійних пристроїв пріоритети будуть зовсім іншими. Оскільки рівень енергоспоживання бездротових мишей і клавіатур в порівнянні з тими ж смартфонами невеликий, то і гострої необхідності в використанні джерел живлення з рекордно високою енергоємністю в цьому випадку немає. Крім того, немає і жорстких обмежень по масо-габаритними показниками. Таким чином, у багатьох випадках розробники роблять вибір на користь хай не компактного, але зате більш легкого і / або менш дорогого джерела живлення.
Не випадково на протязі вже багатьох років спостерігається стійка тенденція до збільшення частки бездротових периферійних пристроїв, розрахованих на живлення від стандартних батарейок формату АА або ААА. Найбільш очевидними перевагами даного рішення є доступність і максимальна простота використання. Стандартні елементи живлення можна купити практично в будь-якому магазині. Крім того, при повному розряді батарейки досить встановити замість неї нову, і можна відразу ж продовжити роботу. Не потрібні додаткові кабелі, зарядні пристрої тощо Як то кажуть, дешево і сердито.
Більшість нині випускаються моделей бездротових мишей розраховані на живлення від стандартних батарейок
З цих позицій використання акумуляторних батарей в бездротових периферійних пристроях виглядає менш зручним. Для підзарядки потрібен певний час (зазвичай 2-3 години), і при цьому конструкція далеко не всіх моделей дозволяє продовжувати роботу при підключенні зовнішнього джерела живлення. Як наслідок, користувачеві необхідно стежити за індикатором рівня заряду, щоб бездротова миша або клавіатура не відключилася в самий невідповідний момент.
Ще одним фактором, що прискорив процес переходу виробників бездротової периферії на живлення від батарей, став значний прогрес в області зниження рівня енергоспоживання електронних компонентів, якого вдалося досягти розробникам в останні роки. Сучасні моделі бездротових мишей і клавіатур здатні пропрацювати на одному комплекті батарейок як мінімум кілька тижнів і навіть місяців. Таким чином, змінювати елементи живлення навіть при активному використанні доводиться нечасто.
Природно, має значення і ціна. Установка дуже недешевих літій-іонних і літій-полімерних акумуляторів неминуче призводить до подорожчання пристрою. А це вкрай важливо, коли мова йде про моделі вартістю близько 20-30 дол. Крім того, акумуляторні батареї згаданих типів мають обмежений ресурс - зазвичай від 500 до 1000 циклів заряду-розряду. Таким чином, при інтенсивному використанні саме ресурс акумулятора стає критичним фактором, що обмежує життєвий цикл пристрою.
Отже, батарейки дешеві, доступні і зручні. Чим не ідеальний варіант для бездротової клавіатури або миші? Однак не будемо забувати, що у батарейок є і свої недоліки: вони помітно збільшують пристрої (що може бути критично, якщо мова йде про бездротової миші) і до того ж їх нехай і рідко, але потрібен час від часу міняти. Що ж можуть запропонувати розробники в якості альтернативного варіанту?
Ще не забуте старе
Одним з найбільш перспективних варіантів є суперконденсатори або, як їх правильніше називати, іоністори (англомовні автори для позначення цих елементів часто використовують абревіатуру EDLC, яка розшифровується як Electric double-layer capacitor). Перші зразки суперконденсаторів були створені більше 50 років тому. В даний час вони застосовуються в ряді електроприладів (зокрема, в кишенькових ліхтариках, фотоспалах та ін.) В якості основних і резервних джерел живлення. Крім того, завдяки своїм властивостям суперконденсатори є ідеальним накопичувачем електроенергії для систем рекуперації кінетичної енергії, якими оснащуються багато що випускаються зараз транспортні засоби з електричними і гібридними силовими установками.
Зовні іоністор схожий на електролітічекій конденсатор, проте при тих же розмірах має значно більшу ємність (у зразка, представленого на цій фотографії, вона становить 3000 фарад)
Найважливішими достоїнствами суперконденсаторів в порівнянні з літій-іонними і літій-полімерними акумуляторами є висока швидкість заряду, ефективність і величезний ресурс.
Суперконденсатори здатні запасати велику кількість енергії протягом короткого проміжку часу, що дозволяє скоротити час підзарядки до мінімуму. Крім того, іоністори характеризуються високою ефективністю. Якщо сучасні літій-іонні акумулятори здатні віддати лише близько 60% електроенергії, витраченої на їх зарядку, то у суперконденсаторів цей показник перевищує 90%.
Ще одна важлива перевага - величезний ресурс. У літій-іонних і літій-полімерних акумуляторів істотна деградація (зниження ємності щодо первісного значення) спостерігається вже після декількох сотень циклів заряду-розряду. А суперконденсатори здатні витримати без помітної деградації порядку декількох десятків тисяч циклів.
Зразки суперконденсаторів різної ємності
У числі інших переваг можна відзначити малу питому вагу і екологічність. Завдяки низькій токсичності матеріалів, з яких виготовляються іоністори, їх набагато простіше і безпечніше утилізувати, ніж літієві, нікель-кадмієві, нікель-металгідридні і свинцево-кислотні акумулятори.
Можливо, тут у читачів виникне цілком закономірне питання: якщо вже понад півстоліття відомі такі чудові джерела живлення, то чому вони досі не отримали широкого поширення в цифрових пристроях? Справа в тому, що поряд з перерахованими вище достоїнствами у суперконденсаторів є і свої недоліки. Найбільш істотні з них - це досить низька питома енергоємність, нелінійна крива розряду, а також великий струм саморозряду.
Показник питомої щільності енергії, що запасається у сучасних суперконденсаторів становить від 7 до 9 Вт • год на літр об'єму. Для порівняння: у нині випускаються літій-іонних акумуляторів цей показник варіюється в межах 250-400 Вт • год на літр.
Через велику струму саморозряду іоністори не підходять для довготривалого зберігання електроенергії. Крім того, крива розряду суперконденсаторів нелінійна: напруга на виході залежить від заряду.
В силу вищевикладених причин випускаються в даний час іоністори непридатні для використання в мобільних пристроях, де першочергове значення має співвідношення розмірів і енерогоемкості батареї. Однак для бездротових периферійних пристроїв суперконденсатори є вельми цікавою альтернативою одноразовим батареям.
В цьому випадку стануть в нагоді такі властивості іоністорів, як висока швидкість заряду і висока ефективність. Власнику бездротової миші або клавіатури не доведеться чекати 2-3 ч, як в разі пристроїв з літієвими акумуляторами: для відновлення заряду вистачить всього декількох хвилин. За цей час можна накопичити запас енергії, якої вистачить на кілька годин активної роботи, а при не дуже інтенсивному використанні - навіть на цілий день. Наприклад, повний цикл заряду обладнаної вбудованим суперконденсатором бездротової миші Genius DX-ECO, яку ми тестували пару років тому , Становить всього 5 хвилин, а накопиченої за цей час електроенергії вистачає на 4 год роботи.
Джерелом живлення бездротової миші Genius DX-ECO служить вбудований суперконденсатор
Звичайно, заряджати бездротове пристрій, оснащений іоністорів, доведеться щодня (а можливо, навіть частіше). Однак, як уже було згадано, дана процедура займе всього кілька хвилин - якраз вистачить часу випити чашечку кави або просто трохи відволіктися від комп'ютера. А оскільки суперконденсатори мають величезний ресурсом, то навіть за умови кількох щоденних підзарядок термін служби пристрою складе не менше десяти років.
Важливою перевагою суперконденсаторів в порівнянні з літієвими акумуляторами і звичайними батарейками є помітно меншу вагу. А це значить, що та ж бездротова миша, обладнана іоністорів, буде лише трохи важче проводового аналога.
перспективи
Отже, суперконденсатори мають високу швидкість заряду і енергоефективністю, а також величезним ресурсом. Завдяки низькій токсичності матеріалів їх набагато простіше і дешевше утилізувати, ніж літієві акумулятори. Таке поєднання властивостей робить суперконденсатори вельми перспективним варіантом для використання в якості перезаряджаються джерел автономного живлення бездротових периферійних пристроїв. А що стосується необхідності часто підключати кабель для підзарядки, то цю проблему неважко вирішити, застосувавши бездротове зарядний пристрій - тим більше, що подібні рішення зараз вже починають з'являтися на масовому ринку.
Завдяки впровадженню нових матеріалів в майбутньому стане можливим створення суперконденсаторів з набагато більш високою (у порівнянні з нині випускаються) питомоющільністю енергії, що запасається. Великі надії фахівці покладають на розробку графенових суперконденсаторів. Використання цього інноваційного матеріалу дозволить вже найближчим часом створити зразки з питомою щільністю енергії, що запасається близько 60 Вт • год на літр. Звичайно, це значно менше в порівнянні з сучасними літій-іонними і літій-полімерними акумуляторами, але вже цілком можна порівняти з характеристиками свинцево-кислотних батарей. І можна не сумніватися в тому, що розгортання серійного випуску графенових суперконденсаторів дозволить значно розширити сферу застосування цих джерел живлення. Ними можна буде оснащувати не тільки бездротові маніпулятори і клавіатури, а й портативні акустичні системи, а також джерела безперебійного живлення невеликої потужності.
Чим не ідеальний варіант для бездротової клавіатури або миші?Що ж можуть запропонувати розробники в якості альтернативного варіанту?
Можливо, тут у читачів виникне цілком закономірне питання: якщо вже понад півстоліття відомі такі чудові джерела живлення, то чому вони досі не отримали широкого поширення в цифрових пристроях?
