Haushaltsbatterien haben eine große Kapazität, können aber nicht im Ausland verwendet werden
Apropos Samsung Galaxy Z Fold7, das erst letzte Woche erschienen ist: Neben dem Startpreis von 13.999 gibt es zwei besonders wichtige Daten:
Alle lobten die Dicke von 8,9 mm und hinterließen viele Kommentare zum 4400-mAh-Akku.
Bei den lokalen chinesischen Smartphone-Marken sind 6000 mAh schon fast zum Flaggschiff-Standard geworden und die Kapazität wird bald mit der einiger Powerbanks mithalten können.
Betrachtet man jedoch die beiden großen Marken Apple und Samsung, die Branchenstandards setzen und setzen, so sind sie in Bezug auf Ladeleistung und Akkulaufzeit schwach. Letztendlich lässt sich alles in einem Satz zusammenfassen:
Sehr gut, aber schade, dass es 4400mAh sind.
Ist es wirklich so einfach, wie es scheint? Apple und Samsung investieren jährlich über 50 Milliarden Dollar in Forschung und Entwicklung. Liegt es wirklich nur daran, dass sie „keine großen Batterien bauen wollen“?
——Natürlich nicht. Laut iFanr-Studien sieht die Situation der Batteriekapazität in den letzten Jahren wie folgt aus:
- Der harte Parameterwettbewerb auf dem heimischen Markt, die hohen Ansprüche der Verbraucher und die Umsetzung technologischer Errungenschaften in der gesamten Batterieindustriekette haben gemeinsam zur Popularisierung hochdichter Batterien mit großer Kapazität beigetragen, wie sie in Silizium-Kohlenstoff-Batterien in heimischen Mobiltelefonen zum Einsatz kommen.
- Wichtige internationale Märkte, darunter die USA, haben die Akkukapazität von Mobiltelefonen jedoch auf „20 Wattstunden pro Zelle“ begrenzt. Sobald diese Grenze überschritten wird, steigen die Logistik- und Compliance-Kosten erheblich, sodass die meisten internationalen Modelle ausländischer und inländischer Marken nur noch bei der 20-Wattstunden-Grenze anhalten können.
- Da inländische Marken hauptsächlich im Inland verkauft werden, können sie sich die zusätzlichen Logistik- und Zeitkosten leisten, die durch große Batterien entstehen (beispielsweise können sie nicht auf dem Luftweg, sondern nur auf dem Landweg transportiert werden).
- Obwohl Silizium-Kohlenstoff-Batterien mit negativer Elektrode eine ultrahohe Energiedichte erreichen können, muss ihre Haltbarkeit und Sicherheit noch einige Zeit auf ihre Bestätigung warten.
Neue Batterietechnologie in China
Im vergangenen Jahr hat die Akkutechnologie bei inländischen Mobiltelefonen einen großen Sprung nach vorne gemacht. Allein in der ersten Jahreshälfte haben wir erlebt, dass die Flaggschiffe der Bildverarbeitungsbranche von Xiaomi, Huami, OV und Vivo die 6000-mAh-Marke erreichten oder sogar erreichten, und kleine Falthandys haben die 5000-mAh-Marke überschritten. Die Akkus der Mittel- und Einstiegsmodelle haben begonnen, die 7-stellige Marke zu erreichen, was als Powerbank zum Telefonieren bezeichnet werden kann.
Es besteht kein Zweifel daran, dass die inländischen Verbraucher in diesem Jahr die leistungsstärksten und kapazitätsstärksten Mobiltelefone der Welt verwenden und damit jedes andere Land bei weitem übertreffen.
Bild: Offizielle Xiaomi-Website
Der Held dieser lebendigen und dynamischen Welt sind natürlich die sich schnell entwickelnden hochdichten Silizium-Kohlenstoff-Lithiumbatterien mit negativer Elektrode . Ein Anfang des Jahres von Tianfeng Securities veröffentlichter Bericht der Batterieindustrie wies darauf hin:
Es gibt einen klaren Trend zur Siliziumdotierung in Handyakkus mit einem Anteil von 5–10 %, der nicht nur auf High-End-Modelle beschränkt ist. In diesem Jahr haben Huawei, vivo, OPPO, Honor, OnePlus, Xiaomi und andere Unternehmen Mobiltelefone mit siliziumbasierten negativen Elektrodenmaterialien auf den Markt gebracht. Der Trend ist von Flaggschiff-Handys bis hin zu Handys der mittleren und unteren Preisklasse deutlich erkennbar, was den Einsatz von Silizium-Kohlenstoff-negativen Elektroden stark zunehmen lässt.
Während die aktuelle spezifische Kapazität von Lithiumbatterien mit Graphit-Negativelektroden nahe an der theoretischen Grenze liegt, können Silizium-Negativelektroden die theoretische Obergrenze von 372 mAh/g Graphit um fast das Zehnfache auf 4200 mAh/g erhöhen.
Was bedeutet es für die theoretische spezifische Kapazität, eine zehnfache Verbesserung erreichen zu können?
Dies bedeutet, dass die Energiedichte jeder Batteriezelle stark gestiegen ist, was für kleine elektronische Produkte wie Mobiltelefone von entscheidender Bedeutung ist. Und diese verbesserten Milliampere-Werte lassen sich in Marketingdaten umrechnen, was für den heimischen Mobiltelefonmarkt, der zu einem „Mann-gegen-Mann-Kampf“ geworden ist, noch wichtiger ist.
Abbildung ｜IDC
Warum nutzen andere Länder die guten Dinge Chinas nicht?
Glauben Sie, dass Apple und Samsung, die jedes Jahr zig Milliarden für Forschung und Entwicklung ausgeben, nicht wissen, dass große Batterien gut sind, oder dass ihnen die Technologie für den Einsatz großer Batterien fehlt?
Offensichtlich nicht.
Silizium-Kohlenstoff-Batterien sind kein Monopol chinesischer Unternehmen. Tatsächlich besitzen japanische und koreanische Unternehmen wie Shin-Etsu Chemical, 3DC Co., Ltd., SK Materials und Posco Silicon Solutions zahlreiche technische Patente im Zusammenhang mit Silizium-Kohlenstoff-Anoden und haben erhebliche Einflussmöglichkeiten in Forschung, Entwicklung und Produktion.
SK Materials und das US-amerikanische Silizium-Kohlenstoff-Unternehmen Group14 haben gemeinsam eine Fabrik für Silizium-Kohlenstoff-Negativelektrodenmaterial in Sangju, Südkorea, gegründet.
Warum sehen wir also keine großen Akkus mit 5.000 oder 6.000 mAh auf iPhones und Galaxy?
Tatsächlich gibt es noch etwas anderes, das Apple und Samsung zurückhält: die Empfehlungen der Vereinten Nationen für den Transport gefährlicher Güter. Genauer gesagt handelt es sich um die Sonderbestimmung 188.
In der Verordnung heißt es:
- Wenn die Kapazität einer einzelnen Lithiumbatteriezelle weniger als 20 Wattstunden beträgt, gilt sie als „kleine Batterie“ und kann vereinfachten, kostengünstigen Versandregeln unterliegen.
- Sobald eine einzelne Batteriezelle 20 Wattstunden überschreitet, wird die Batterie als „Gefahrgut“ eingestuft und muss in der internationalen Logistik sehr strenge Verpackungs-, Kennzeichnungs-, Deklarations- und Schutztransportspezifikationen einhalten, was die Transportkosten drastisch erhöht.
Von links nach rechts: Lithiumbatterien sind UN3480, Kategorie 9 „andere gefährliche Güter“ und können nur per Frachtflugzeug transportiert werden | Epec
Die am stärksten von dieser Sonderregelung betroffenen Produkte sind natürlich Smartphones wie das iPhone und das Samsung Galaxy sowie internationale Modelle einheimischer Marken.
Apple und Samsung, die jedes Jahr mehr als 200 Millionen Mobiltelefone rund um die Welt verschicken, müssen die Gesamtbatterieenergie auf weniger als 20 Wattstunden begrenzen, wenn sie nicht wollen, dass ihre Versandkosten in die Höhe schnellen.
Tatsächlich haben sie das getan.
- Am Beispiel des iPhone 16 Pro Max kommt ein 4685 mAh Akku mit einer Nennspannung von 3,88V zum Einsatz, was 18,17 Wattstunden entspricht.
- Ebenso beträgt die Gesamtenergie des Akkus des S25 Ultra 18,84 Wh.
- Der von vielen Internetnutzern belächelte 4400 mAh Akku des Z Fold7 verfügt über eine Gesamtenergie von 17 Wh.
Sie sollten verstehen, dass es nicht daran liegt, dass Apple und Samsung sich keine großen Akkus leisten können, sondern dass sie sich stärker um Märkte außerhalb Chinas kümmern müssen als inländische Hersteller. Sie wollen die Logistikkosten senken und ihre Gewinnmargen aufrechterhalten, um die kontinuierliche Forschung und Entwicklung sicherzustellen, sodass sie nur kleinen Akkus den Vorzug geben können.
Natürlich liegt der Grund, warum Apple und Samsung an der 20-Wattstunden-Grenze festhalten, nicht nur an den internationalen Vorschriften für den Transport gefährlicher Güter. Als global agierende Großunternehmen müssen ihre Produktdesign- und Beschaffungsstrategien aus geschäftlicher Sicht konservativ sein, auch was die Batterietechnologie betrifft – insbesondere Samsung, schließlich will das Unternehmen den Albtraum der Note-7-Explosion nicht noch einmal erleben.
Ohne eine Lockerung der internationalen Logistiksicherheitssysteme wird es bei den Handyakkus von Apple und Samsung in den nächsten ein bis zwei Jahren jedenfalls keinen großen Sprung nach vorne geben.
Aber hier müssen wir abschweifen: Lassen Sie sich nicht vom kleinen Akku des Samsung Z Fold7 täuschen, seine Leistung ist sehr beeindruckend: Nach 2.000 Lade- und Entladezyklen kann die verfügbare Kapazität immer noch bei über 80 % gehalten werden – und übertrifft damit die 800-fache Grenze der neuen EU-Vorschriften bei weitem.
Die Haltbarkeit der Batterie, bei der es sich zufällig um die von chinesischen Herstellern bevorzugte Silizium-Kohlenstoff-Technologie mit negativen Elektroden handelt, bleibt abzuwarten.
SM-F966B/DS ist die europäische Version von Samsung Z Fold7, die untere linke Ecke hat 80% verbleibenden Zyklus, das sind 2000 Mal
Der aktuelle Stand der Silizium-Kohlenstoff-Batterien ist einfach „Tathagata“
Obwohl die Silizium-Kohlenstoff-Batterietechnologie derzeit eine ultrahohe Energiedichte erreichen kann, bringt sie auch zwei große Mängel mit sich, die noch nicht gelöst sind:
Physikalische Ausdehnung der negativen Siliziumelektrode und verkürzte Zykluslebensdauer.
Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe für Lithiumbatterieanoden | Novarials
Wie bereits in iFanrs vorherigem Artikel über Powerbanks erwähnt, wird bei den derzeit gängigen Lithium-Ionen-Batterien Graphit als Material für die negative Elektrode verwendet, während bei Silizium-Kohlenstoff-Batterien das Graphitmaterial für die negative Elektrode durch ein siliziumhaltiges Kohlenstoff-(Graphit-)Verbundmaterial ersetzt wird.
Silizium dehnt sich jedoch während des Ladevorgangs stark aus. Obwohl die Ausdehnungsrate des Verbundwerkstoffs nicht so hoch ist wie die 400 % der negativen Elektrode aus reinem Silizium, ist sie immer noch deutlich höher als die Ausdehnungsrate von Graphit, die nur 10 % beträgt. Die Materialermüdung durch wiederholtes Ausdehnen und Zusammenziehen über einen längeren Zeitraum kann nicht ignoriert werden.
Sie möchten doch nicht, dass Ihr Telefon so wird, oder?｜Tom's Guide
Andererseits ist das Silizium im Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff chemisch aktiver als Graphit und reagiert eher chemisch mit dem Elektrolyten. Dies führt dazu, dass der „feste Elektrolyt-Grenzflächenfilm“ auf der Oberfläche der negativen Elektrode während des Wiedergabezyklus wiederholt reißt und sich neu aufbaut, was den Verbrauch von Lithiumionen und Elektrolyt beschleunigt.
Die Makromanifestation dieses Verbrauchs besteht darin, dass die verfügbare Kapazität von Silizium-Kohlenstoff-Batterien schneller abnimmt.
Für den Normalbürger bedeuten diese beiden Probleme, dass Silizium-Kohlenstoff-Batterien zwar eine große Kapazität und hohe Leistung haben, der „Batteriezustandsalarm“ auf Ihrem Mobiltelefon jedoch schneller angezeigt werden kann und die Batterielebensdauer deutlicher abnehmen kann .
Obwohl die meisten inländischen Flaggschiffmodelle Ende letzten und Anfang dieses Jahres kohlenstoffreiche Siliziumbatterien oder ähnliche Technologien verwendeten, wird es einige Zeit dauern, bis sich die Haltbarkeit und Lebensdauer dieser Batterien bewiesen hat.
Natürlich ist der chinesische Markt mit Smartphones überfüllt, die Auswahl ist riesig, und die Kosten für einen Ersatz sind gering. Deshalb versprechen die meisten inländischen Android-Hersteller nur 300 bis 500 Wiedergabezyklen, wenn sie die Anzahl der Wiedergaben angeben. Chinesische Verbraucher haben ihre Handys möglicherweise bereits ausgetauscht, bevor der Akku versagt.
Zudem ist der Inlandsmarkt aus kommerzieller Sicht aufgrund seiner relativ hohen Umschlagsrate und der niedrigeren Kosten für den Batterieaustausch möglicherweise der einzige Ort auf der Welt, der sich einen Abnutzungskrieg um Silizium-Kohlenstoff-Batterien leisten kann .
Aus diesem Grund ist die Tatsache, dass Apple und Samsung die Akkukapazität so viele Jahre lang nicht geändert haben, nicht völlig Zeitverschwendung. Die regulatorischen Hürden, denen Produkte beim internationalen Transport und grenzüberschreitenden Verkauf gegenüberstehen, sind weitaus größer als wir uns vorgestellt haben und diese sind für uns schwer zu erkennen, wenn wir es mit Modellen mit großen Akkus zu tun haben, die nur auf dem Inlandsmarkt verkauft werden.
Andererseits geht es für inländische Mobiltelefonhersteller bei der Expansion ins Ausland nicht nur um Akkus, sondern auch um viele Hürden.
Abbildung ｜36Kr
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