Новости МСЭ

Сообщает вам о том, что происходит в области электросвязи

عربي  |  中文  |  English  |  Español  |  Français  |  download pdf
                     

Наблюдение за технологиями
Аккумуляторы для портативных устройств ИКТ
Dr Martin Cooper
Фото: Motorola
Считается, что первый в США телефонный вызов в системе аналоговой подвижной связи осуществил в 1973 году д-р Мартин Купер, компания Motorola, используя для этого еще больший по размерам опытный образец. Это – его воспроизведение, выполненное в 2007 году.

Все начиналось с "кирпичей"
Первый в мире мобильный телефон, поступивший в широкую продажу, — Motorola DynaTAC 8000X (аббревиатура от англ. Dynamic Adaptive Total Area Coverage — динамическое адаптивное полное покрытие) — получил сертификат Федеральной комиссии США по связи (ФКС) в 1983 году. Он также был известен как "телефон–кирпич" из–за своих размеров (33×4×9 см) и массы (0,9 кг). Аккумулятор этого "телефона–кирпича" позволял ему работать в режиме разговора полчаса, в режиме ожидания — до восьми часов, а заряжался он в течение 10 часов.
 
image
Фото: Motorola
Топливные элементы с прямым окислением метанола (DMFC), возможно, станут важнейшей энергетической технологией завтрашнего дня

Первый в мире сотовый телефон, выпущенный в широкую продажу и известный также под названием "телефон–кирпич" (см. фото), мог работать в режиме разговора полчаса, в режиме ожидания — до восьми часов, а заряжался он в течение 10 часов. Аккумуляторы по–прежнему остаются слабым звеном устройств подвижной связи, хотя они были значительно усовершенствованы. Так, например, по данным производителей, аккумулятор смартфона третьего поколения (3G) обеспечивает возможность более 10 часов работы в режиме разговора в сетях 2G, пяти часов — в сетях 3G, пяти часов работы в интернете 3G, шести часов работы в интернете через Wi–Fi, семи часов просмотра видео или 24 часа прослушивания аудиозаписей. Подобныеусовершенствования позволяют пользоваться смартфоном в течение всего дня, и нет необходимости брать с собой зарядное устройство.

Год спустя после появления в продаже "телефонакирпича" в мире уже насчитывалось около 300 тыс. абонентов подвижной связи. Сегодня, более чем четверть века спустя, этот показатель превысил отметку в 4,6 млрд. человек. Аккумуляторы играют решающую роль в обеспечении практичности портативных устройств на основе информационно–коммуникационных технологий (ИКТ). По мере роста численности абонентов подвижной связи производители и правительства вкладывают все больше средств в разработку экологически чистых, энергоэффективных и работающих все дольше аккумуляторов, чтобы тем самым удовлетворить потребность в энергии для обеспечения различных функций портативных электронных устройств. В последнем выпуске сводки результатов наблюдения за технологиями МСЭ* кратко представлены некоторые ключевые тенденции достижения в сфере технологий, используемых для изготовления аккумуляторных батарей для устройств подвижной связи.

Успехи в деле наращивания вычислительной мощности устройств и развития сетей связи новых поколений повысили мобильность и стали фактором роста спроса на мобильные телефоны, ноутбуки и другие устройства, в том числе устройства для чтения электронных книг, MP3–плееры и цифровые камеры. В центре внимания многих автомобильных выставок оказываются гибридные электромобили, работающие от бортовых аккумуляторных батарей. Наглядным примером этого стал Женевский международный автосалон 2010 года, где 3—4 марта МСЭ, ИСО и МЭК совместно провели семинар–практикум "Полностью подключенный к сети автомобиль–2010".

По оценкам МСЭ, в конце 2010 года в мире будет уже 5 млрд. абонентов подвижной связи. Во многом этот рост обеспечат развивающиеся страны, где зачастую необходимы нестандартные подходы, которые позволяли бы пользователям решать проблему нехватки источников энергии. Некоторые пункты продаж в сельских районах не только принимают авансовые платежи за пользование подвижной связью, но и перезаряжают аккумуляторы. Ввиду этого ускорение разработки батарей и устройств, для зарядки которых можно было бы использовать не только энергосистемы, и последовательное совершенствование и расширение энергетической инфраструктуры важны для соединения всех пользователей, где бы они ни находились, равно как и для преодоления "цифрового разрыва".

Исследования рынка показывают, что объем мирового рынка батарей, составляющий на сегодняшний день 71 млрд. долл. США в год (причем две трети приходится на перезаряжаемые аккумуляторы), может в период до 2012 года ежегодно возрастать на 4,8 процента.

Характеристики аккумуляторов

Показатели плотности энергии аккумуляторов улучшились, однако рост энергопотребления устройств свел на нет все преимущества такого совершенствования аккумуляторов. В результате продолжительность их работы остается на прежнем уровне.

Задача состоит в том, чтобы создать надежный, легкий, небольшой по размеру и экологически безопасный аккумулятор с большой плотностью энергии, длительным периодом работы и длительным сроком эксплуатации. Прорыва пока не произошло, но существующие технологии постепенно совершенствуются и адаптируются к требованиям, обусловливаемым конкретными устройствами и приложениями.

Единого порядка предоставления информации о времени работы аккумулятора на различных устройствах ИКТ не существует. Производители и рекламодатели указывают время работы и сроки эксплуатации, но к этим показателям следует подходить осторожно, поскольку они зависят от параметров использования, которые могут быть очень разными. Например, на время работы и сроки эксплуатации аккумуляторов могут влиять такие факторы, как параметры режима управления электропитанием и использование различных функций (Wi-Fi, привод DVD) или приложений.

Современные технологии изготовления аккумуляторов

В портативных электронных устройствах чаще всего используются литий–ионные и никель–металлогидридные аккумуляторы. Литий–ионные аккумуляторы обеспечивают, как правило, более высокую плотность энергии, нежели никель–металлогидридные. Кроме того, литийионные аккумуляторы допускают большое количество циклов "заряд/разряд" без проявления эффекта памяти, и это обеспечивает больший срок эксплуатации батареи. Считается, что за счет саморазряда литий–ионные аккумуляторы теряют в месяц до 5 процентов своего заряда, тогда как аналогичные потери для никель–металлогидридных батарей составляют в месяц до 30 процентов.

Форма и масса — это важные факторы при выборе аккумуляторов для портативных устройств. Литий–ионные аккумуляторы выпускаются в широком диапазоне форм и размеров и имеют относительно небольшую массу, однако никель–металлогидридные имеют перед ними преимущество за счет меньшей цены, сильных токов и отсутствия необходимости в контролируемых процессором схемах защиты. Никель–металлогидридные аккумуляторы часто используются в цифровых фотоаппаратах. Свинцовые аккумуляторы слишком тяжелы для портативных устройств, а никель–кадмиевые запрещены к продаже в Европейском союзе из–за содержащихся в них токсичных компонентов.

Новые источники эн3ергии для устройств подвижной связи

Потребность в повторной зарядке аккумуляторов ограничивает мобильность и автономность питаемых ими устройств, и поэтому производители ищут пути совершенствования технологий

Если бы удалось создать миниатюрные фотогальванические и топливные элементы, которые можно было бы использовать в портативных электронных устройствах, это позволило бы повысить степень их автономности в период между перезарядкой. Системы топливных элементов, и прежде всего топливные элементы с прямым окислением метанола (DMFC), — это, возможно, энергетическая технология завтрашнего дня. Как и обычные батареи, топливные элементы выделяют энергию в процессе электрохимической реакции. Основная разница заключается в том, что пока идет поступление топлива, топливные элементы постоянно подзаряжаются.

Существующие ныне DMFC производят мало энергии, однако могут накапливать большое количество энергии в небольшом пространстве. Это означает, что они способны производить энергию в небольших количествах в течение длительного времени. Это превращает их в оптимальное решение для таких потребительских товаров, как мобильные телефоны, ноутбуки и фотокамеры. К числу основных факторов, затрудняющих их применение, относятся управление энергией, необходимость уменьшения габаритов и массы и стоимость. В настоящее время топливные элементы используются, как правило, там, где нельзя допускать горения и где нельзя допустить наличие токсичных выбросов, например в космических кораблях и на подводных лодках.

Нанотехнологии — это еще одно перспективное направление, поскольку свойства наноматериалов могут помочь в разработке литий–ионных аккумуляторов высокой мощности. Однако прежде чем эти разработки можно будет использовать в потребительских товарах, необходимы дальнейшие исследования, которые позволили бы лучше понять механизмы накопления лития в наноматериалах и обеспечить контролируемый синтез наноструктур в больших объемах и кинетические процессы на границе электрод–электролит.

Еще одна новейшая область исследований — это разработка миниатюрных микробатарей размером в половину клетки человеческого организма. Их можно прикреплять к разным поверхностям, и однажды они могут стать источником энергии для целого спектра миниатюрных устройств. Нанотехнологии или технологии создания батарей размером с клетку человеческого организма способны проложить путь для новых функциональных возможностей и открыть новую эру в истории мобильных устройств.

Зарядные устройства и зарядка

Заменяя мобильный телефон, потребитель обычно вынужден заменять и зарядное устройство к нему, поскольку оно зачастую не подходит к другим продуктам того же производителя.

Непригодные для использования зарядные устройства представляют собой излишний электронный мусор и создают неудобства. В рамках своей работы в сфере ИКТ и изменения климата Сектор стандартизации электросвязи МСЭ (МСЭ–Т) разработал стандарт единого энергоэффективного зарядного устройства для всех типов мобильных телефонов. В подготовленной 5–й Исследовательской комиссией по охране окружающей среды и изменению климата МСЭ–Т Рекомендации L.1000 (прежний номер L.adapter) "Решение по универсальному блоку электропитания и зарядному устройству для терминалов подвижной связи и других устройств на базе информационно–коммуникационных технологий (ИКТ)" изложены общие требования к универсальному блоку питания и зарядному устройству. Такое решение позволит сократить количество производимых и перерабатываемых блоков питания и зарядных устройств за счет распространения сферы их применения для охвата более широкого круга устройств и увеличения срока их эксплуатации.

Беспроводная зарядка — это направление исследований, целью которых является замена зарядных устройств и кабелей. Идея заключается в том, чтобы заряжать устройства подвижной связи на ходу на расстоянии до нескольких метров, используя для этого нерадиоактивное электромагнитное взаимодействие. С помощью этой технологии уже возможна беспроводная зарядка таких устройств, как например мобильные телефоны DECT, в диапазоне от нескольких микроватт до нескольких киловатт.

С учетом всех этих перспективных новых технологий будущее энергетики и связи для всех нас выглядит весьма многообещающим.

 

* Бюро стандартизации электросвязи МСЭ (БСЭ) выпускает сводки результатов наблюдения за технологиями (TechWatch Alerts), с тем чтобы дать краткий, но четкий обзор новых технологий и тенденций в сфере ИКТ. Сводку результатов по теме "Аккумуляторы для портативных устройств ИКТ" (Batteries for portable ICT devices), опубликованную в феврале 2010 года, можно загрузить, воспользовавшись следующей гиперссылкой: www.itu.int/ITU–T/techwatch/reports.html. БСЭ хотело бы получить ваши отзывы и соображения относительно своих отчетов и готово рассмотреть ваши предложения о темах следующих выпусков сводки. Просьба направлять комментарии по адресу: tsbtechwatch@itu.int.

 

  Предыдущее Версия для печати Подняться в верхнюю часть Электронная почта другу Следующее Новости МСЭ, защищенные авторским правом 2014
Правовая оговорка - Политика конфиденциальности