Skip to main content

Waarom de batterij van uw smartphone zuigt

Als u hoopt dat uw volgende smartphone sneller werkt, helderder wordt, op 4G-snelheid verbinding maakt, en langer meegaat op één acculading, sta u misschien voor een onbeschofte verrassing . De honger naar batterijstroom op nieuwe smartphones en tablets gaat de verbeteringen in de batterijtechnologie ver voorbij. Batterijmakers proberen de laatste stukjes capaciteit uit de 15 jaar oude lithiumion-technologie te wringen, terwijl apparaten- en app-makers lijken te ontwaken tegen de ernst van het probleem. Er is een gelijke schuld voor alle partijen; ondertussen zou de immense belofte van innovatie op mobiele apparaten vroegtijdig tot stilstand kunnen komen vanwege stroombeperkingen en de angst van de consument om voortdurend in te pluggen.

Vroeger kon je de oplader van je featurephones thuis vergeten, tijdens een lange weekendvakantie, en - zolang je geen urenlang Snake hebt gespeeld - kom toch thuis met voldoende batterijlevensduur om een ​​taxi te bellen. Tegenwoordig zijn we echter getrouwd met onze opladers, en hebben we agressieve blikken gericht op mensen die zich al te lang bezighouden met luchthaven- en koffiehuizen.

Overschakelen naar supersnelle 4G-netwerken, zoals in 2011 het geval zal zijn, gaat alleen maar door verergeren het probleem, en rapporten zijn al in dat 4G-apparaten hebben de neiging om zielige levensduur van de batterij te hebben. De krachtbehoefte van de technologie die wordt ingebouwd in mobiele apparaten groeit met tweemaal het tempo van de vooruitgang in batterijcapaciteit, volgens een Verizon Wireless executive.

[Lees meer: ​​De beste Android-telefoons voor elk budget. ]

Het probleem is de chemische aard van batterijen, het systeem van financiering voor onderzoek en ontwikkeling op de wereldmarkt voor mobiele technologie en de vele verschillende eisen die mensen aan hun telefoons en tablets stellen.

Constrained by Chemistry

Batterijtechnologie en smartphonetechnologie bevinden zich in twee zeer verschillende stadia van hun levensduur. "In tegenstelling tot smartphones evolueert de batterijtechnologie al meer dan een eeuw en is veel verder in de ontwikkelingscurve, wat betekent dat verbeteringen in de batterijtechnologie, terwijl ze stabiel zijn, niet langer plaatsvinden bij de halsbrekende snelheid van jongere technologie zoals smartphones," zegt Keith Nowak van telefoon- en tabletfabrikant HTC.

Smartphonebatterijen zijn uiterst efficiënt in vergelijking met batterijen van een decennium geleden, maar ze bereiken een limiet. Maar afgezien van kleine stapsgewijze verbeteringen in de efficiëntie van vaste elektrolyten, lithium-ion-polymeerbatterijen voor handheld-technologie producten zijn in meer dan 15 jaar niet drastisch veranderd. Bijna alle batterijen die geschikt zijn voor smartphones en tablets van tegenwoordig, draaien op een of andere variant van de lithium-ion-polymeerbatterij - een cel waarin de anode en de kathode zijn verpakt met een solide gelachtige elektrolyt (de stof die de batterij geleidt) elektriciteit). Dit ontwerp met vaste elektrolyt werd in 1996 commercieel ontwikkeld, toen fabrikanten een steviger batterij zochten voor mobiele technologieproducten. Eerder liepen mobiele telefoons op lithium-ionbatterijen met vloeibare elektrolyten, die omvangrijk en relatief onstabiel waren.

Tegenwoordig blijven batterijonderzoekers de capaciteit van lithiumion-polymeerbatterijen verhogen. Aangezien de energie van een batterij afkomstig is van de overdracht van elektrisch geladen elektronen tussen de anode en de kathode, richten batterijonderzoekers zich primair op het optimaliseren van de veelheid van miniverplaatsingen. "Veel chemische reacties kunnen een eigen leven gaan leiden, en batterijwetenschappers proberen dat te beheersen," zei Irving Echavarria van Gold Peak Industries, een bedrijf dat alle soorten consumentenaccu's produceert, inclusief lithiumionvariaties. Echavarria schat dat 80 procent van de processen in een batterij nauwkeurig kunnen worden benut. En hoe kleiner het venster van de batterij van foutieve chemische reacties, hoe efficiënter de batterij stroom levert. Batterijfabrikanten blijven capaciteitswinsten behalen door dichter bij die efficiëntielimiet van 80 procent te komen.

Maar de stapsgewijze vooruitgang in efficiëntie houdt geen gelijke tred met de toenemende energiebehoeften van smartphones en andere mobiele apparaten. Gefrustreerd door de chemische en fysieke limieten van batterijen, moeten ontwikkelaars die langere tijd willen werken met smartphone-batterijen actief materiaal toevoegen aan de batterij door de inactieve delen van de batterij kleiner te maken (een techniek die al grenzen heeft bereikt ) of van lithiumionpolymeer naar een ander, nog niet volledig onderzocht materiaal. Venkat Srinivasan, een onderzoeker op het gebied van batterijtechnologie aan het Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley, Californië, merkt op dat "de fysica die evolutie in batterijen dicteert" is anders dan de natuurkunde die de evolutie in smartphone-elektronica dicteert. "Het lijkt erop dat batterijen gedoemd zijn achter de wagentrein te slepen totdat een Eureka-moment gebeurt met een beter materiaal.

Nieuwe ideeën komen, langzaam

Kleine tekenen van innovatie zijn zichtbaar op de levensduur van de batterij. De onbeantwoorde vragen zijn hoe snel ze tevoorschijn komen en of de betrokken technologie schaalbaar zal zijn om de hele mobiele wereld te bedienen.

Lithium-iononderzoek wordt voortgezet in de R & D-laboratoria van vele fabrikanten van consumentenbatterijen. En universitaire labo's in het hele land hebben na papier papier gemaakt over de mogelijkheden van grafeen, een grafiet met een enkele atomaire laag grafiet die energie kan opslaan en overbrengen (hoewel elk gebruik van grafeen voor consumentenbatterijen nog een lange weg is) uit). Maar de Amerikaanse overheid (zoals vele andere nationale regeringen) heeft bijna geen financiering verstrekt voor onderzoek naar consumentenbatterijen, in plaats daarvan geld te steken in onderzoek voor voertuigen en batterijen voor militair gebruik.

Het is niet alleen de batterij, hoewel

Een mobiel ontwerpen apparaat gaat niet langer alleen maar over het perfectioneren van zijn rekenkracht, ontwerp en gebruikersinterface; het gaat over al die dingen te doen met veel minder kracht. Op een bepaald moment zal de wens van consumenten om snellere dataplannen en multitasking-mogelijkheden te overwinnen worden ingehaald door de eenvoudige behoefte aan een apparaat dat ten minste één volledige werkdag in bedrijf kan blijven.

Smartphoneschermen worden groter en ondersteunen hogere resoluties, beiden zuigen kracht als een gek. Het verlagen van de helderheid van je scherm kan enkele extra minuten uit je batterij halen, maar het is onwaarschijnlijk dat Apple, HTC, Motorola en andere grote telefoonfabrikanten binnenkort naar kleinere of saaie schermen zullen gaan. Niettemin zijn sommige (waaronder Samsung en LG Electronics) gericht op het maken van nieuwe soorten beeldschermen die niet dimmen, maar minder stroom verbruiken.

Een ander groot energieverbruik heeft betrekking op steeds complexere apps, die steeds strenger wordende verwerkingsvereisten. De meeste smartphones bevatten Bluetooth-, Wi-Fi- en GPS-radio's, en in veel gevallen werken deze componenten tegelijkertijd. Vooral de GPS-radio is een beruchte batterijmoordenaar: je kunt zien dat de batterijbalk korter wordt naarmate je je navigatie-app gebruikt. Nieuwere telefoons voegen een 4G-radio-chipset toe, die veel meer verwerkingskracht vereist om veel grotere hoeveelheden gegevens te decoderen die zijn gecodeerd in het LTE draadloze spectrum. Bovendien hebben nieuwe 4G-telefoons twee verschillende chipsets om verbinding te maken met een 4G-spectrum en met het oudere 3G-netwerk van de provider. Het resultaat is dat u op uw batterij kunt rekenen om slechts ongeveer een dag sap aan uw telefoon te geven, als u geluk heeft. Een gevolg van weggelopen energieverbruik is dat de makers van mobiele processors veel druk ervaren voor efficiëntere chips voor telefoons.

James Bruce, een manager bij ARM, die voor bijna alle mobiele apparaten ter wereld ontwikkelaars ontwikkelt en licenties verleent, legt uit dat telefoonhardware vandaag veel meer energiezuinig is dan wanneer telefoons duurde langer, maar "het verschil tussen een Nokia [feature phone] en een smartphone van vandaag is dat er gewoon niet genoeg was voor mensen om hun telefoons de hele dag te blijven gebruiken."

Dual Cores zal

helpen -core-processors (gemaakt door ARM) die zijn verschenen in een paar smartphones van 2011 (zoals de HTC Droid Bionic en de Motorola Atrix 4G) bieden mogelijk enige hoop. Volgens Bruce kunnen "dual-core" -telefoons eenvoudige taken in één kern delegeren, terwijl ze meer-complexe (en meer energie-hongerige) taken naar de andere kern richten.Als Bruce uitlegt, als de telefoon alleen eenvoudige taken uitvoert- - zoals het verzenden van tekstberichten of het uitvoeren van de rekenmachine - op één kern kan de andere kern worden uitgeschakeld, waardoor de levensduur van de batterij wordt gereduceerd.

Het idee dat meer kernen mogelijk het geheim zouden zijn voor het gebruik van minder batterijvermogen lijkt misschien een beetje tegengesteld, maar ARM is niet het enige bedrijf dat op die manier probeert het probleem van een te korte levensduur van de batterij op te lossen.

Aan het begin van Mei, heeft een bedrijf genaamd Adapteva hun nieuwe "Epiphany Microprocessor" aangekondigd, die ze hopen te plaatsen in smartphones en tablets naast ARM dual-core processors.

De nieuwe processor van Adapteva kan maximaal 64 kernen op een smartphone-chip plaatsen. Terwijl het planten van een 64-core chip in een smartphone klinkt als het tegenovergestelde van een energiebesparende maatregel, zegt Andreas Olofsson, CEO en oprichter van het bedrijf, dat de meeste smartphones tegenwoordig een verkleinde, krachtige versie van een desktopprocessor gebruiken om verbinding te maken met het internet, spelletjes uit te voeren en muziek af te spelen.

De Epiphany-processor is daarentegen een chip die is geoptimaliseerd voor het uitvoeren van specifieke delen van algemene opdrachten in combinatie met de CPU van de telefoon (die alle algemene functies van de telefoon gebruikt). verwerken). De processor kan de offline taken van de telefoon stroomlijnen om bijvoorbeeld sneller gebaren en gezichtsherkenning te maken. Olofsson zegt dat dit ontwerp vandaag "de kracht van een laptop in een smartphone kan plaatsen."

Het zijn de Apps

Smartphone-apps zijn de laatste schuldige in onze galerij van gijzelaars voor smartphonebatterijen (met de fysieke limieten van batterijen ranking als de eerste boosdoener). Het energieverbruik van een app is een van de dingen die Apple onderzoekt bij het beslissen of een app moet worden goedgekeurd voor verkoop in de App Store. "[Apple] zou je niet opzettelijk de batterijduur laten verpesten, zoals wanneer je een spel zou uitvoeren dat geen GPS nodig had, zouden ze de app afwijzen als het elke 10 seconden een GPS-signaal pingt", zegt Cameron Banga, een ontwikkelaar met iPhone-app-maker 9magneten.

Hoewel de Android-app-markt een groter aantal potentieel krachtige apps kan herbergen, proberen meer gevestigde ontwikkelaars meestal niet langer gebruik te maken van de levensduur van de batterij dan nodig om de app te laten functioneren op de juiste manier, uit angst lage ratings te ontvangen of gebruikers de app te laten verwijderen. "Buiten misschien GPS-toepassingen, kunnen de meeste gebruikers goed aangeven welke apps [de] batterij gaan doden", zegt Banga.

De meeste smartphonegebruikers vinden het goed om hun telefoon voor de dag uit te doen en vervolgens aan te sluiten op een oplader elke avond, maar de makers van batterijen zullen binnenkort moeten overstappen om de vraatzuchtige eetlust van de miniatuurcomputers te verwerken waar iedereen elke dag meer en meer op vertrouwt. Als innovatie in de batterijtechnologie het niet een beetje oplost, zou de razendsnelle snelheid waarmee mobiele tech-innovatie aan het racen was, tot stilstand kunnen komen tegen een muur voor bruikbaarheid.