リチウムイオン電池は30年前と同じ技術を今も使用している
今日のリチウムイオン電池は、96 歳の現在も新しい電池の開発を研究し続けているジョン・バニスター・グッドイナフによって 1980 年代に発明されました。具体的には、グッドイナフが開発したのは酸化コバルト陰極で、これによりソニーは 1991 年に、それまでのニッケル電池に代わって、リチウム電池を搭載した最初の携帯機器を発売することができました。
それらの基礎となるコンセプトはまったく同じままです。そして、私たちのデバイスに必要なエネルギーも急増しています。これが、コンピューティングがこれほど進歩し、バッテリーの性能が 10 年間実質的に同じである主な理由です。
コンピュータをより強力にするために、より多くのトランジスタがチップに挿入されます。これは、チップを大きくして消費量を増やすか、トランジスタのサイズとトランジスタ間のスペースを縮小することによって実現できます。これには、トランジスタを互いに干渉せずに非常に近接して配置するなどの技術の進歩や、トランジスタをシリコンウェーハ上に「描く」方法が必要です。現在、このための最も先進的なシステムはEUVであり、紫外線を使用してそれらを記録します。
コンピュータ プロセッサの場合、消費量は過去 20 年間比較的安定しており、ハイエンドの消費者向け製品では最大 100 ワット程度のチップが使用されています。携帯電話では、トランジスタのサイズの縮小による電力の向上により、同じタスクを実行するために必要なリソースが少なくなりました。たとえば、メッセージング アプリを開くと、Galaxy S2 では CPU が 100% になりますが、S10 では非常に低いリソース消費で実行できます。
過去 30 年間でバッテリーは改良されましたが、まだ十分ではありません
これにより、バッテリーから最も多くのエネルギーを消費する部品である画面の消費が部分的に補われました。 Nokia 3310 のバッテリー寿命は数週間でしたが、現在の携帯電話は基本的に小型コンピューターであるため、かなりの充電が必要です。 3310 のバッテリー技術は現在の S10 と同じです。
しかし、プロセッサーのムーアの法則は、現在のバッテリーエネルギー貯蔵技術でできることを超えています。たとえば、バッテリーに蓄えられるエネルギー密度は近年 3 倍になっています。当初、リチウム電池の貯蔵量は 200 Wh/l でしたが、2017 年の最新の数値によると、現在は700 Wh/lに達しています。
グラフからわかるように、バッテリーの密度は大幅に増加しています。しかし、テクノロジーの限界がすでに限界に達しているため、ここ 10 年間でこの密度の増加は鈍化しました。これはハードドライブで起こっていることと似ています。読み取りと書き込みの速度に影響を与えずに密度を高めるために、新しいテクノロジーをすでに使用する必要があります。
したがって、プロセッサーはバッテリーよりも速く進歩しており、より多くのエネルギーを必要とします。 1990 年当時、プロセッサーには 100 万個のトランジスタがあり、その製造サイズは今日では 7 nm でしたが、600 nm でした。 AMD Ryzen 5 1600 には 48 億個のトランジスタがあり、EPYC プロセッサは 200 億個に達します。 Apple の 7nm Apple A12x Bionicには100 億個のトランジスタが搭載されています。
しかし、約 5 年前、部品メーカーは、携帯電話のマザーボードからこれ以上の要素を削除したり、小型化したりすることはできないことに気づきました。そのため、モバイル バッテリーの密度の増加は、すでにバッテリーの革新または使用される材料の変更によって実現する必要があり、現在、そのために多くの研究が行われています。全固体電池は、 90 年代から使用されてきたリチウム電池やコバルト電池に代わる有力な候補です。特に車の場合は。