Auf der CES 2020 waren Ladegeräte basierend auf Galliumnitrid (GaN) allgegenwärtig. Diese fortschrittliche Alternative zu Silizium ebnet den Weg für kleinere, effizientere Ladegeräte und Netzteile. Hier erfahren Sie, wie diese Technologie funktioniert.
Die Vorzüge von Ladegeräten mit Galliumnitrid
GaN-Ladegeräte weisen im Vergleich zu herkömmlichen Ladegeräten eine deutlich geringere Baugröße auf. Das liegt daran, dass Galliumnitrid-Ladegeräte weniger Bauteile benötigen als ihre Silizium-Pendants. Das Material kann über einen längeren Zeitraum deutlich höhere Spannungen leiten als Silizium.
GaN-Ladegeräte sind nicht nur bei der Stromübertragung effizienter, sondern reduzieren auch den Energieverlust in Form von Wärme. Dadurch gelangt ein größerer Teil der Energie tatsächlich in das zu ladende Gerät. Da die Bauteile Energie effizienter an Ihre Geräte weiterleiten, wird im Allgemeinen weniger davon benötigt.
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1. Es ist 50% kleiner als ein standardmäßiges 61-W-MacBook-Ladegerät
2. Es lädt 2,5-mal schneller als ein herkömmlicher 1A-Ausgang
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— RAVPower (@RAVPower) 9. Januar 2020
Infolgedessen werden GaN-Netzteile und -Ladegeräte mit zunehmender Verbreitung der Technologie spürbar kompakter. Weitere Vorteile sind eine höhere Schaltfrequenz, die ein schnelleres drahtloses Laden ermöglicht, und ein größerer Abstand zwischen Ladegerät und Gerät.
Aktuell sind GaN-Halbleiter in der Regel teurer als Silizium. Aufgrund der höheren Effizienz reduziert sich jedoch der Bedarf an zusätzlichen Materialien wie Kühlkörpern, Filtern und Schaltungselementen. Ein Hersteller prognostiziert hier Kosteneinsparungen von 10 bis 20 Prozent. Diese Einsparungen dürften sich mit der wirtschaftlichen Rentabilität der Massenproduktion noch weiter verbessern.
Sie können sogar Ihre Stromrechnung etwas entlasten, da effizientere Ladegeräte weniger Energie verschwenden. Bei Geräten mit geringem Stromverbrauch wie Laptops und Smartphones sollten Sie jedoch keine großen Unterschiede erwarten.
Was ist Galliumnitrid?
Galliumnitrid ist ein Halbleitermaterial, das in den 1990er Jahren durch die Herstellung von LEDs bekannt wurde. GaN wurde verwendet, um die ersten weißen LEDs, blauen Laser und Vollfarb-LED-Displays zu erzeugen, die auch bei Tageslicht gut sichtbar waren. In Blu-ray-DVD-Playern erzeugt GaN das blaue Licht, mit dem die Daten von der DVD gelesen werden.
Es scheint, dass GaN Silizium in vielen Anwendungsbereichen bald ersetzen wird. Siliziumhersteller arbeiten seit Jahrzehnten kontinuierlich an der Verbesserung von Transistoren auf Siliziumbasis. Gemäß Moores Gesetz, benannt nach Gordon Moore, Mitbegründer von Fairchild Semiconductor und später CEO von Intel, verdoppelt sich die Anzahl der Transistoren in einem integrierten Siliziumschaltkreis etwa alle zwei Jahre.
Diese Beobachtung wurde im Jahr 1965 gemacht und hat in den letzten 50 Jahren weitgehend gestimmt. Im Jahr 2010 verlangsamte sich die Entwicklung von Halbleitern jedoch erstmals unter dieses Tempo. Viele Analysten (und Moore selbst) gehen davon aus, dass das Mooresche Gesetz bis 2025 obsolet sein wird.
Die Produktion von GaN-Transistoren wurde im Jahr 2006 hochgefahren. Dank verbesserter Fertigungsverfahren können GaN-Transistoren in den gleichen Anlagen wie Silizium-Transistoren hergestellt werden. Dies hält die Kosten gering und motiviert mehr Siliziumhersteller, stattdessen GaN zur Herstellung von Transistoren zu verwenden.
Warum ist Galliumnitrid Silizium überlegen?
Die Vorteile von GaN gegenüber Silizium lassen sich auf die Energieeffizienz reduzieren. Wie GaN Systems, ein auf Galliumnitrid spezialisiertes Unternehmen, erklärt:
„Alle Halbleitermaterialien weisen eine sogenannte Bandlücke auf. Dies ist ein Energiebereich in einem Festkörper, in dem keine Elektronen existieren können. Einfach ausgedrückt, hängt eine Bandlücke damit zusammen, wie gut ein festes Material Elektrizität leiten kann. Galliumnitrid hat eine Bandlücke von 3,4 eV, im Vergleich zu einer Bandlücke von Silizium von 1,12 eV. Die größere Bandlücke von Galliumnitrid ermöglicht es, höhere Spannungen und höhere Temperaturen auszuhalten als Silizium.“
Efficient Power Conversion Corporation, ein weiterer GaN-Hersteller, erklärt, dass GaN Elektronen 1000-mal effizienter leiten kann als Silizium, und das bei geringeren Produktionskosten.
Eine höhere Bandlückeneffizienz bedeutet, dass der Strom einen GaN-Chip schneller durchlaufen kann als einen Siliziumchip. Dies könnte in Zukunft zu schnelleren Verarbeitungsgeschwindigkeiten führen. Einfach gesagt: Chips aus GaN werden schneller, kleiner, energieeffizienter und (letztendlich) kostengünstiger sein als Chips aus Silizium.
Wo man heute ein GaN-Ladegerät erwerben kann
Obwohl sie noch nicht weit verbreitet sind, können Sie Ladegeräte mit GaN-Technologie von Unternehmen wie Anker und RAVPower kaufen. Dies sind USB-C-Ladegeräte, die die USB-C-Stromversorgung für moderne Laptops ermöglichen.
Das Anker PowerPort Atom PD1 ist ein 30-Watt-Ladegerät mit Schnellladefunktion. Es ist für Telefone, Tablets, Laptops und mehr konzipiert. Es ist etwa 40 Prozent kleiner als ein Ladegerät ohne GaN-Technologie. Anker produziert auch das 60-Watt-Modell PowerPort Atom PD2 mit zwei USB-C-Anschlüssen, sodass Sie mehrere Geräte gleichzeitig laden können, sowie das PowerPort Atom III Slim mit vier Anschlüssen.
RAVPower hat ein ähnliches Produktangebot. Das PD-Pioneer 30W bietet einen moderaten Durchsatz mit einem USB-C-Anschluss. Das leistungsstärkere PD-Pioneer 61W verarbeitet mehr Leistung, hat aber ebenfalls nur einen USB-C-Anschluss. Wenn Sie eines dieser Ladegeräte verwenden möchten, muss Ihr Laptop die USB-C-Stromversorgung unterstützen.
Weitere GaN-Ladegeräte, wie sie beispielsweise Aukey auf der CES 2020 präsentierte, werden erst im Laufe des Jahres verfügbar sein. Wir gehen jedoch davon aus, dass in Kürze weitere Produkte auf den Markt kommen werden.
Das vielleicht aufregendste GaN-Ladegerät, das in Aussicht steht, ist das HyperJuice von Sanho. Sanho hat auf Kickstarter erfolgreich Geld gesammelt (mehr als 2 Millionen US-Dollar) und plant, das weltweit erste (und kleinste) 100-Watt-USB-C-Ladegerät bis Februar 2020 an seine Unterstützer auszuliefern. Es wird das erste Ladegerät sein, das High-End-Laptops wie das MacBook Pro mit Strom versorgen und aufladen kann.
Die gute Nachricht ist, dass keines dieser Ladegeräte besonders teuer ist. Das 61-Watt-Modell von RAVPower wird für etwa 40 US-Dollar verkauft, und Sanho hat einen Preisbereich zwischen 50 und 100 US-Dollar für die Einzelhandelsversion seines 100-Watt-Ladegeräts angekündigt. Zum Vergleich: Das brandneue Apple 96-Watt-USB-C-Netzteil kostet 79 US-Dollar und ist erheblich größer und schwerer als das kreditkartengroße HyperJuice.
Die Ladegeräte der Zukunft
Es ist unwahrscheinlich, dass Sie viele GaN-Ladegeräte im Alltag antreffen werden, bis große Hardwarehersteller wie Apple und Samsung beginnen, sie in ihre neuen Computer und Smartphones zu integrieren.
Überlegen Sie einmal: Wann haben Sie das letzte Mal ein Ladegerät gekauft? Wie viele der Ladegeräte, die in Ihrem Haus oder Büro angeschlossen sind, wurden mit einem früheren Kauf geliefert?
Wenn Sie die Vorteile des Ladens mit GaN jetzt nutzen möchten, können Sie dies tun, ohne die Prämie zahlen zu müssen, die normalerweise mit Spitzentechnologien verbunden ist.