Skip to main content

Varför ditt smartphone batteri suger

Om du hoppas att din nästa smartphone kommer att springa snabbare, skina ljusare, anslut i 4G-hastighet, och längre på en batteriladdning, kan du vara orolig för en otrolig överraskning . Törst efter batteriet i nya smartphones och surfplattor är långt överlägsen förbättringar i batteritekniken. Batteribesparare försöker vrida de sista bitarna av kapaciteten ur den 15-åriga litiumjontekniken, medan apparater och apparater tycks bara vakna upp till allvaret av problemet. Det finns lika stor del av skulden för alla parter; Under tiden kan det enorma löftet om innovation i mobila enheter komma till ett början på grund av kraftbegränsningar och konsumenternas ångest över att ständigt behöva "plugga in".

Används kan du glömma din telefonens laddare hemma, gå på en långhelgssemester, och - så länge du inte spelade timmar av Snake - fortfarande kommer hem med tillräckligt med batteritid för att ringa en hytt. Idag är vi dock knutna till våra laddare, som blinkar hökigt på människor som har skurit flygplats och kaffebutiker för länge.

Övergång till superfina 4G-nätverk, som många kommer under 2011, kommer bara att förvärra problemet, och rapporter är redan i att 4G-enheter tenderar att ha en ynklig batterilivslängd. Strömkraven för tekniken som är inbyggd i mobila enheter växer med dubbelt så mycket som framstegen i batterikapaciteten, enligt en Verizon Wireless-verkställande.

[Ytterligare läsning: De bästa Android-telefonerna för varje budget. ]

Problemet med batteriernas kemiska natur, systemet för finansiering för forskning och utveckling på den globala marknaden för mobilteknik och de många olika krav som människor lägger på sina telefoner och tabletter.

Begränsad av kemi

Batteriteknik och smarttelefonteknologi befinner sig i två mycket olika steg under deras livslängd. "Till skillnad från smartphones har batteritekniken utvecklats i över ett sekel, och ligger mycket längre ner i utvecklingskurvan, vilket betyder att förbättringar i batteritekniken, med jämna mellanrum, inte längre händer vid breakneckhastigheten hos yngre teknologier som smartphones", säger Keith Nowak av telefon och surfplattform HTC.

Smartphone batterier är extremt effektiva jämfört med batterier för ett årtionde sedan, men de når en gräns. Utöver små stegvisa förbättringar i solid elektrolyt effektivitet, litiumjon polymer batterier för handhållen tech Produkterna har inte förändrats drastiskt på mer än 15 år. Nästan alla batterier som driver dagens smartphones och tabletter körs på en viss variant av litiumjonpolymerbatteriet - en cell i vilken anoden och katoden är förpackade med en fast, geliknande elektrolyt (den substans som gör batteriet elektricitet). Denna fast-elektrolytdesign utvecklades kommersiellt år 1996 då tillverkare sökte ett starkare batteri för mobiltekniska produkter. Tidigare hade mobiltelefoner kört på litiumjonbatterier med flytande elektrolyter, vilka var skrymmande och relativt instabila.

Idag fortsätter batterilärare att öka kapaciteten hos litiumjonpolymerbatterier. Eftersom batteriernas effekt kommer från överföringen av elektriska laddningselektroner mellan anoden och katoden, fokuserar batteriforskare främst på att optimera mängden mini-överföringar. "Många kemiska reaktioner kan ta ett eget liv, och batterivetenskapare försöker kontrollera det", säger Irving Echavarria från Gold Peak Industries, ett företag som tillverkar alla typer av konsumentbatterier, inklusive litiumjonvariationer. Echavarria uppskattar att 80 procent av processerna i ett batteri kan utnyttjas exakt. Och ju mindre batteriets fönstret är av kemiska reaktioner, desto effektivare kommer batteriet att ge ström. Batterilagare fortsätter att uppnå kapacitetsvinster genom att trycka närmare den 80 procent effektivitetsgränsen.

Men de inkrementella framstegen i effektivitet håller inte takt med de ökande energibehoven för smartphones och andra mobila enheter. Frustrerad av de kemiska och fysiska gränserna för batterier måste utvecklare som vill få längre körtider ut ur smartphone batterier antingen lägga till aktivt material i batteriet genom att göra de inaktiva delarna av batteriet mindre (en teknik som redan har nått egna gränser ) eller flytta från litiumjonpolymer till ett annat, ännu inte fullt utforskat material.

Venkat Srinivasan, en batteriteknikforskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Berkeley, Kalifornien, noterar att "den fysik som dikterar utvecklingen i batterier skiljer sig från den fysik som dikterar utvecklingen i smartphoneelektronik. "Det verkar som om batterier är dömda att dra längs bakom vagnståget tills ett Eureka-ögonblick händer sker med ett bättre material.

Nya idéer Kommer, långsamt

Små skyltar av innovation är synliga på batteriets livshorisont. De obesvarade frågorna är hur snabbt de kommer att uppstå, och om den involverade tekniken kommer att vara skalbar för att tjäna hela mobilvärlden.

Litiumjonforskningen fortsätter i FoU-laboratorierna hos många konsumentbatteri-tillverkare. Och universitetslaboratorier över hela landet har kollat ​​ut papper efter papper om möjligheterna till grafen, ett grafitt med ett atom-tjockt grafitt som har potential att lagra och överföra energi (även om någon användning av grafen för konsumentbatterier fortfarande är långt ifrån av). Men USA: s regering (som många andra nationella regeringar) har nästan inte beviljat finansiering för konsumentbatteriforskning, utan istället sätter pengar på forskning för fordon och militärbatterier.

Det är inte bara batteriet, men

Designa en mobil Enheten handlar inte bara om att förbättra sin datorkraft, design och användargränssnitt. Det handlar om att göra allt det där med mycket mindre kraft. Vid något tillfälle kommer konsumenternas önskan om snabbare dataplaner och multitaskingskapacitet att övervinnas av det enkla behovet av en enhet som kan förbli i drift under minst en hel arbetsdag.

Smartphone skärmar blir större och stöder högre upplösningar, som båda suger kraft som galen. Att sänka skärmens ljusstyrka kan hjälpa dig att få några extra minuter ut ur batteriet, men Apple, HTC, Motorola och andra större telefonproducenter kommer inte att flytta till mindre eller dumma skärmar när som helst snart. Ändå fokuserar vissa (inklusive Samsung och LG Electronics) på nya typer av bildskärmar som inte är dimmer utan använder mindre ström.

En annan stor strömavledning relaterar sig till alltmer komplicerade appar som ställer krav på ständigt ökande bearbetning. De flesta smartphones innehåller Bluetooth, Wi-Fi och GPS-radio inuti, och i många fall fungerar dessa komponenter samtidigt. Speciellt GPS-radion är en ökänd batteridator: Du kan se att batterilistan blir kortare när du kör din navigationsapp. Nyare telefoner lägger till en 4G-radiochipset, vilket kräver mycket mer processorkraft för att avkoda mycket större mängder data som kodas i LTE-trådlösa spektrum. Utöver allt har nya 4G-telefoner två olika chipsatser, för att ansluta till ett 4G-spektrum och med bärarens äldre 3G-nätverk. Som ett resultat kan du räkna med att batteriet bara levererar en juicejuice till din telefon, om du har tur.

En konsekvens av strömförbrukningen är att tillverkarna av mobila processorer känner mycket press för att producera mer effektiva chips för telefoner.

James Bruce, en verkställande på ARM, som utvecklar och licensierar processorer för nästan alla mobila enheter i världen, förklarar att telefonhårdvara är mycket mer batteridriven än idag varade längre, men "skillnaden mellan en Nokia [funktionstelefon] och en smartphone idag är att det bara inte var tillräckligt för att folk ska fortsätta använda sina telefoner hela dagen."

Dual Cores Will Help

Den dubbla -processorer (gjorda av ARM) som har dykt upp i några 2011-smartphones (t.ex. HTC Droid Bionic och Motorola Atrix 4G) kan erbjuda lite hopp. Enligt Bruce kan "dual-core" -telefoner delegera enkla uppgifter till en kärna samtidigt som de ger mer komplexa (och mer kraft-hungriga) uppgifter till den andra kärnan. Som Bruce förklarar, om telefonen bara gör enkla uppgifter, - som att skicka textmeddelanden eller köra kalkylatorn - i en kärna kan den andra kärnan släckas, vilket sparar batteriets livslängd.

Tanken att fler kärnor kan vara hemligheten med att använda mindre batteriström kan tyckas vara lite motintegrerande, men ARM är inte det enda företaget som försöker lösa problemet med en alltför kort batterilivslängd på det sättet.

I början av Maj, ett företag som heter Adapteva tillkännagav sin nya "Epiphany Microprocessor", som de hoppas kunna placera i smartphones och tabletter tillsammans med ARM dual-core processorer.

Adaptevas nya processor kan rymma upp till 64 kärnor på ett smartphone-chip. När du planterar ett 64-kärnigt chip i en smartphone, låter det motsatsen till en energisparande åtgärd, säger Andreas Olofsson, VD och grundare av företaget, att de flesta smartphones idag driver en nedskalad, power-hungrig version av en stationär processor att ansluta till Internet, köra spel och spela musik.

Epiphany-processorn är å andra sidan en chip optimerad för att utföra specifika delar av allmänna kommandon i takt med telefonens CPU (vilket gör hela telefonens allmänna bearbetning). Processorn kan strömlinjeforma telefonens offlineuppgifter för att göra gest och ansiktsigenkänning snabbare, till exempel. Olofsson säger att den här designen kan "sätta kraften i en bärbar dator i en smartphone idag."

Det är Apps

Smartphone-appar är den sista gärningsmannen i vårt rogues-galleri av smartphone batterimördare (med de fysiska gränserna för batterier ranking som den första gärningsmannen). Appens strömförbrukning är en av de saker som Apple granskar när man bestämmer sig för att godkänna en app till försäljning i App Store. "[Apple] skulle inte låta dig avsiktligt förstöra batteriets livslängd, som om du körde ett spel som inte krävde GPS, skulle de avvisa appen om det pingade en GPS-signal var 10: e sekund", säger Cameron Banga, en utvecklare med iPhone app maker 9magnets. Även om Android-appmarknaden kan ha ett större antal potentiella sugande appar, gör vanligtvis etablerade utvecklare oftast ansträngningar att inte använda mer batteritid än de behöver för att appen skall fungera korrekt, av rädsla för att få låga betyg eller att användarna raderar appen. "Utöver kanske GPS-applikationer är de flesta användare bra att korrelera vilka appar som kommer att döda [batteriet]," Banga noter.

De flesta smartphone-användare är okej att ta sina telefoner ute för dagen och sedan ansluta dem till en laddare varje natt, men batteribesparare kommer att behöva gå upp för att snabbt hantera de miniatyrdatorers grymma aptit som alla stolar på mer och mer varje dag. Om innovationen i batteritekniken inte tar upp det lite, kan den snabba hastigheten på vilken mobilteknisk innovation har kollapsat, krascha i stopp mot en användbar vägg.