Как е възможно мобилните телефони да могат да правят толкова много неща - да повикват коли, да поръчват хранителни стоки, да провеждат видеоразговори, да броят стъпки - и в същото време батериите им да изчерпват толкова бързо?
За устройства, които са толкова потресаващо умни, нуждата от постоянно зареждане изглежда болезнено демоде.
Защо никой още не е направил по-добра батерия за смартфон?
"За да има батерия, която да издържа седмица или повече, е нужна по-голяма енергийна плътност - и това е фундаментална промяна", казва Венкат Сринивасан, учен и специалист по материалознание, който ръководи поделението по съхранение на енергия и разпределени ресурси в американската национална лаборатория "Лорънс Бъркли".
Енергийната плътност е свързана с количеството енергия, съхранявано в една батерия.
За да се удължи зарядът на батерията на мобилен телефон или лаптоп до седмица, учените би трябвало приблизително да удвоят енергийната плътност на батериите в следващите година-две.
Усъвършенстванията в батериите на телефоните в последно време увеличават енергийната плътност с 5-6% годишно - което се равнява на още някой и друг допълнителен час работа на смартфона или лаптопа.
"Не мисля, че ще се появят нови технологии утре, които изведнъж да дадат двойно повече енергия", казва Сринивасан. "Освен това когато се появи нова технология, тя ще бъде въведена постепенно в продажба".
Пробивите в технологиите на батериите са относително редки.
Последният такъв пробив беше през 90-те години, с възхода на презареждаемите литиево-йонни батерии.
"Батериите са много сложни обекти", казва Майкъл Тони, специалист по материалознание в SLAC National Accelerator Laboratory.
"Сложността им затруднява каквито и да е устойчиво подобрение".
Перспективата за удвояване на живота на батерията на iPhone в следващите 5 години не е прекалена, казва Тони, но всичко повече от това изисква драстично развитие.
Той е част от екип, който анализира батериите при зареждане и разреждане - в търсене на начин за по-добро прогнозиране колко дълго ще издържат - и как може технологията на батериите да бъде подобрена.
Като допълнение към търсенето на начини за увеличаване на времето между презарежданията, трябва да се взема предвид и броят цикли - колко пъти батерията може да бъде зареждана и разреждана напълно, докато капацитетът й започне да намалява, обикновено до 80% от оригиналния й капацитет.
Според Apple, iPhone може да издържи 500 зареждания преди този етап, докато MacBook и iPad могат да постигнат около 1000 цикъла.
Подобряването на батериите на бъдещето ще изисква оптимизиране на количеството енергия, съхранявана в батерията, като същевременно се мисли за преносимост, тегло и обем.
Един от начините да бъде направена по-мощна батерия, която при това да бъде относително малка, е да бъдат открити нови материали, които да задържат повече йони за единица обем. (Традиционната батерия в мобилен телефон или лаптоп има течен електролит, който запраща литиеви йони и електрони напред-назад между двата материала, докато батерията се зарежда и разрежда).
Силицият е един от кандидатите за замяна на анодите, които в наши дни са направени от графит.
"Но няма как просто да сложим силиций в батерията и да се надяваме да проработи, защото нещата не се случват така", казва Сринивасан.
"Вместо това добавяме силиций малко по малко в съществуващия аноден материал".
Замисълът е, че добавянето му постепенно ще подобри енергийната плътност на батерията, докато учените не достигнат до точката, където има доста повече силиций в батерията и по-малко графит в нея.
От страната на катодите сярата най-вероятно ще замести сега използваните метални окиси от рода на кобалтов окис.
Друга област, където е нужно подобрение, според Сринивасан, включва употреба на магнезий вместо лития в батерията.
Скорошните изследвания показват, че магнезият може да има двойно по-голяма скорост на зареждане и да задържа двойно по-голям заряд от лития. (Алуминият е друг вероятен претендент, тъй като може да задържа тройно повече електрони от лития).
Но употребата на тези материали все още се изследва в лабораторни условия - и ще мине известно време, преди те да се появят на пазара и да бъдат пуснати за масова употреба.
Учените също така изследват как могат да добавят повече мощност в батериите, като се отърват от компонентите, които не съхраняват енергия, така че активните части да бъдат по-големи, което увеличава енергийната плътност и дава на потребителите по-дълъг заряд.
Много национални лаборатории и научни институции получават финансиране за авангардни разработки в областта на батериите, но по-голямата част от това финансиране е насочено към подобряване на електромобилите, а не на мобилните устройства.
Но тъй като енергийната плътност, броят цикли и безопасността са важни компоненти от изграждането на по-добра електроника, понякога технологията стига до миниатюризация към мобилни устройства.
Миниатюризацията е и въпрос на икономически фактори.
Цената на батерията в мобилно устройство е малка, но в електрически автомобил акумулаторът представлява сериозен процент от крайната цена.
Кобалтовият окис, който е катодният материал в повечето батерии на мобилни телефони, е твърде скъп, за да се използва в автомобил.
Миниатюризацията е изправена и пред други проблеми. Твърдотелните батерии, които нямат течни компоненти, са основен аспект от бъдещето на акумулаторите на електромобилите.
Според Линда Назар, химик от университета "Ватерло" в Канада, която работи върху батерии, предназначени за следващите генерации електрически автомобили, тази технология е все още в твърде експериментална фаза за мобилни устройства.
Проблемите включват не само икономически фактори и финансиране на изследванията, но и безопасност.
"Когато се побира толкова много енергия в малко пространство, безопасността се превръща също в проблем", казва Назар.
Тя отбелязва, че част от напредъка в тази област, от рода на по-ефективни твърдотелни батерии, може и да не е възможно да бъде ефективно миниатюризиран за употреба в мобилни устройства.
Търсенето на батерии за мобилни устройства е нараснало в последните години, и батериите са се усъвършенствали, за да отговорят на това търсене.
"Виждате това във вашите лаптопи - стига да поставите батерия с по-голям капацитет в устройството, естествено има възможност тази батерия да прави повече неща".
Учените вече разработват по-добри батерии, но промяната идва бавно - почти недоловимо.
"Това, което хората забелязват, е че имат по-бърз процесор, или по-ярък екран, отколкото преди две години", казва Назар.
"Батериите със сигурност са се подобрили за мобилните устройства. Просто хората не го забелязват все още".
