W poszukiwaniu limitu. Jaka jest najszybsza możliwa prędkość ładowania smartfonów?

Smartfony ładujące się od zera do pełna w mniej niż pół godziny nikogo dziś już nie dziwią. A i tak nie są to wyniki nawet bliskie aktualnych rekordów. 

Już na początku 2023 roku na rynek trafił realme GT 3 240W, czyli pierwszy komercyjnie dostępny smartfon, którego akumulator można napełnić w niespełna 10 minut. Z czasem do tego wyniku zbliżyło się jeszcze kilka innych urządzeń. 

To jednak wciąż nie jest maksimum, które można osiągnąć przy obecnej technologii. W tym samym czasie Xiaomi zademonstrowało prototypową technologię szybkiego ładowania 300 W, która ma pozwolić na napełnienie baterii smartfonu w 5 minut. Z kolei latem 2024 realme zaprezentowało technologię ładowania 320 W, która ma pozwolić na zejście do 4 minut i 30 sekund. Technologie nie zostały jeszcze co prawda skomercjalizowane, ale przynajmniej wiemy, że takie wyniki są na wyciągnięcie ręki. 

Obejrzyj w

Mamy to? Czy niespełna 5 minut to limit, którego pobić się nie da? Niekoniecznie. 

Jak szybko może ładować się smartfon? 

Zaznaczam, że wyliczenia, które znajdziecie poniżej, mają charakter czysto teoretyczny. Mowa o limitach, których fizycznie nie da się przekroczyć, ale i ekstremalnie ciężko byłoby się nawet do nich zbliżyć. 

Zacznijmy od obliczenia maksymalnej mocy ładowarki, którą dałoby się podłączyć do polskiego gniazdka. Standardowe instalacje elektryczne w naszym kraju wykorzystują napięcie 230 V oraz bezpieczniki 16 A. Aby obliczyć maksymalną dostępną moc, wystarczy pomnożyć napięcie elektryczne przez natężenie prądu. 

P = U × I = 230 V × 16 A = 3680 W

Instalacje elektryczne w naszych domach są zatem teoretycznie gotowe na ładowarki o mocy 3680 W, a więc wielokrotnie wyższej od aktualnie dostępnych. Przypomnijmy, że aktualny komercyjny rekord to 240 W, a i to jest wynikiem znacząco przebijającym większość smartfonów. 

Dalej sprawa się komplikuje, bo nie da się precyzyjnie obliczyć teoretycznej prędkości, z jaką zasilacz 3680 W mógłby przesłać energię do telefonu. Musimy przyjąć kilka uproszczeń. 

Załóżmy, że pojemność baterii naszego telefonu to 5000 mAh, czyli 5 Ah. W równaniu musimy uwzględnić także napięcie znamionowe, które dla baterii litowo-jonowych wynosi zwyczajowo ok. 3,7 V. Nowy typ akumulatorów krzemowo-węglowych wypada pod tym względem bardzo podobnie, więc przyjmowanie innych wartości nie ma sensu. Aby obliczyć ilość energii, którą da się zgromadzić w takiej baterii, musimy pomnożyć pojemność przez napięcie. 

E = 5 Ah × 3,7 V= 18,5 Wh

Teraz pozostaje już tylko obliczyć teoretyczny minimalny czas ładowania, dzieląc pojemność akumulatora przez moc przesyłu energii. 

t(h) = 18,5 Wh / 3680 W ≈ 0,00502 h

Przeliczając to na sekundy otrzymujemy ok. 18,1 sekundy. 

Podsumowując. Gdyby udało się wykorzystać całą dostępną moc polskiego gniazdka elektrycznego do naładowania baterii 5000 mAh ze 100-procentową sprawnością, czas ładowania wyniósłby 18 sekund. Zejście poniżej tego wyniku wymagałoby zastosowania niestandardowej instalacji elektrycznej lub banku energii, które byłby w stanie przekazać ją szybciej niż gniazdko. 

Czy stworzenie smartfonu ładującego się w 18 sekund jest możliwe?

Jak wspomniałem, wyliczenia uwzględniają hipotetyczną sytuację, w której energię dałoby się przesłać bezstratnie z jednostajną prędkością. A to jest - póki co - niemożliwe. 

Część przesyłanej energii przekształcana jest w ciepło. Aby temu zapobiec, konieczne byłoby użycie nadprzewodnika działającego w temperaturze pokojowej oraz normalnym ciśnieniu atmosferycznym. Co prawda pod koniec 2023 roku zespół koreańskich naukowców ogłosił, że opracowany przez nich materiał LK-99 spełnia te właściwości, ale analiza przeprowadzona przez niezależnych badaczy miała wykazać, że LK-99 nie jest nadprzewodnikiem. Tego typu materiały pozostają zatem w sferze science-fiction. 

Nawet gdyby przeskoczyć ten problem, to i tak przekształcenie części energii w ciepło powodowane jest niezależnie przez wewnętrzny opór baterii. Zachodzące w niej procesy chemiczne sprawiają ponadto, że akumulatory są w stanie magazynować energię z maksymalną efektywnością tylko na wczesnym etapie ładowania. 

Osiągi można oczywiście poprawiać stosując nowe typy materiałów o lepszych właściwościach i usprawnione procesy technologiczne, ale ostatecznie całość i tak sprowadza się do znalezienia kompromisu między prędkością ładowania, żywotnością baterii i bezpieczeństwem. 

18 sekund możemy więc potraktować jako widoczny, choć nieosiągalny szczyt. Szczyt, na który wdrapać się nie da, ale z pewnością wielu będzie próbować tylko po to, by postawić stopę odrobinę wyżej niż inni.