آیا باتری‌های سیلیکون-کربن مشکل شارژ گوشی را برای همیشه حل می‌کنند؟

1

امروزه گوشی‌های هوشمند فقط برای تماس گرفتن استفاده نمی‌شوند. آن‌ها ویدئو پخش می‌کنند، هوش مصنوعی را به‌صورت محلی اجرا می‌کنند و به کنسول‌های بازی با قابلیت Ray Tracing تبدیل شده‌اند. این حجم از پردازش به معنی نیاز بیشتر به باتری است. پنج سال پیش، گوشی‌های پرچم‌دار اندرویدی باتری‌هایی حدود ۳۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت داشتند که یک روز دوام می‌آوردند. حالا، ۴۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت به‌سختی پاسخگوی نیاز کاربران است.

باتری‌های سیلیکون-کربن با هدف افزایش چگالی انرژی طراحی شده‌اند. اما این باتری‌ها چگونه این کار را انجام می‌دهند؟ در این مقاله، علم پشت این تغییر توضیح داده می‌شود و اینکه چرا ممکن است این نوآوری به پایان خاموش شدن ناگهانی گوشی‌ها منجر شود.

تفاوت باتری‌های سیلیکون-کربن با باتری‌های لیتیوم-یونی استاندارد

باتری‌های سیلیکون-کربن همچنان از شیمی لیتیوم-یون بهره می‌برند، اما آند گرافیتی معمول را با مواد مبتنی بر سیلیکون جایگزین می‌کنند. در یک سلول لیتیوم استاندارد، آند از جنس گرافیت است. سلول‌های سیلیکون-کربن بیشتر آند گرافیتی را با ترکیبات سیلیکون-کربن جایگزین می‌کنند. اتم‌های سیلیکون می‌توانند تقریباً ۱۰ برابر بیشتر از گرافیت یون‌های لیتیوم را به‌ازای هر واحد وزن در خود جای دهند.

ظرفیت گرافیت حدود ۳۷۲ میلی‌آمپر ساعت بر گرم است، در حالی‌که ظرفیت تئوریک سیلیکون بین ۳۶۰۰ تا ۴۲۰۰ میلی‌آمپر ساعت بر گرم می‌باشد. با این حال، سیلیکون یک نقطه‌ضعف دارد: هنگام جذب لیتیوم به‌شدت منبسط می‌شود. سیلیکون خالص هنگام شارژ، ۳ تا ۴ برابر حجم اولیه‌اش افزایش پیدا می‌کند. اگر این انبساط کنترل نشود، باعث ترک خوردن الکترود و از بین رفتن باتری می‌شود.

طراحی‌های سیلیکون-کربن این مشکل را با ترکیب ذرات سیلیکون با کربن برطرف می‌کنند. این ترکیبات اجازه می‌دهند سیلیکون بدون تخریب سلول، منبسط شود. البته این راه‌حل باعث می‌شود آندهای سیلیکون-کربن نتوانند به ظرفیت کامل سیلیکون خالص برسند و بسته به میزان سیلیکون، افزایش چگالی انرژی کمتری داشته باشند.

مزایای باتری‌های سیلیکون-کربن در استفاده روزمره از گوشی‌ها

علاوه بر افزایش زمان استفاده، چگالی انرژی بالا به طراحان این امکان را می‌دهد که باتری‌های بزرگ‌تری را در فضاهای کوچک قرار دهند. گوشی‌های تاشو نمونه‌ی خوبی هستند. سری Magic V از برند Honor و مدل Find N5 از OPPO از باتری‌های سیلیکون-کربن استفاده می‌کنند تا ظرفیت بالا را در بدنه‌های باریک جای دهند.

فضای اضافه به سازندگان امکان می‌دهد تا سیستم‌های خنک‌کننده بهتری پیاده‌سازی کنند، که از نظر تئوری می‌تواند عمر باتری را افزایش داده و شارژ سریع را بهبود بخشد. هنوز داده‌های مستقل بلندمدت در دسترس نیست، اما چنین بهبودهایی برای استفاده روزمره مزیت به‌شمار می‌آیند.

برندهای چینی پیشتاز رقابت باتری‌های سیلیکون-کربن؛ سامسونگ و اپل در حال جبران

برندهای چینی با سرعت بالایی باتری‌های سیلیکون-کربن را در جدیدترین دستگاه‌های خود به کار گرفته‌اند. در خارج از چین، شرکت‌های غربی تازه در حال ورود به این فناوری هستند. سامسونگ و اپل مشغول تحقیق روی این تکنولوژی‌اند اما هنوز گوشی‌هایی با این نوع باتری عرضه نکرده‌اند.

طبق گزارش T3، رئیس برنامه‌ریزی محصولات گوشی هوشمند سامسونگ تأیید کرده که سال‌هاست در حال توسعه باتری‌های سیلیکون-کربن هستند و قصد دارند آن‌ها را در گوشی‌های آینده استفاده‌کنند. همچنین افشاگری‌های قبلی نشان داده‌اند که مدل آینده Galaxy S26 Ultra باتری بزرگ‌تری نسبت به نسل قبلی خواهد داشت.

اپل نیز به‌طور پنهانی روی باتری‌های جدید کار می‌کند. گزارش ETNews بیان می‌کند که اپل از سال ۲۰۱۸ در حال توسعه باتری‌های خود با استفاده از سیلیکون و نانولوله‌های کربنی بوده است.

چرا باتری‌های سیلیکون-کربن هنوز در همه‌ی گوشی‌ها استفاده نمی‌شوند؟

در برخی بازارها، قوانین استفاده از سلول‌های باتری با ظرفیت بیش از ۶۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت را در گوشی‌ها ممنوع می‌کنند. در بسیاری از مناطق از جمله آمریکا، هر سلول باتری که بیش از ۲۰ وات‌ساعت ظرفیت داشته باشد به‌عنوان کالای خطرناک برای حمل‌ونقل طبقه‌بندی می‌شود. فراتر رفتن از این حد محدودیت‌های گران‌قیمتی برای حمل ایجاد می‌کند. با این حال، این قانون فقط برای ظرفیت هر سلول باتری است، نه ظرفیت کل باتری یک دستگاه.

اگر هر سلول زیر ۲۰ وات‌ساعت بماند و ظرفیت کلی زیر ۱۰۰ وات‌ساعت باشد، باتری مشمول معافیت باتری‌های کوچک‌تر خواهد بود. به همین دلیل است که OnePlus 13 با وجود ظرفیت ۶۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت واجد شرایط است. تغییر حجم سیلیکون همچنان یک چالش فنی باقی مانده است. سلول‌های سیلیکون-کربن اگر به‌درستی مهندسی نشوند، سریع‌تر فرسوده می‌شوند.

برخی تولیدکنندگان ادعا می‌کنند نرم‌افزار مدیریت توان آن‌ها باعث کاهش سرعت فرسایش باتری می‌شود. برخی دیگر می‌گویند از ترکیبات پلیمری آلی و فناوری ساخت فیلم در محل استفاده می‌کنند که ترک‌های ذرات را در چرخه‌های مکرر شارژ ترمیم می‌کنند. این‌ها اصطلاحات پیچیده و ادعاهای جسورانه‌ای هستند.

مدل‌های اولیه گوشی‌های مجهز به این فناوری، در عرض یک سال دچار فرسایش قابل‌توجهی شدند. کاربران باید انتظار داشته باشند که دوام کامل باتری‌ها با گذر زمان بهتر شود، اما مدل‌های اولیه ممکن است بخشی از عمر باتری را فدای ظرفیت بیشتر کنند. تولید ذرات نانو سیلیکون و ساختارهای پیشرفته‌ی کربنی بسیار پیچیده‌تر و گران‌تر از ساخت آندهای سنتی است. تا همین اواخر، سلول‌های تجاری باتری فقط مقدار کمی سیلیکون داشتند. بنابراین افزایش این میزان به ۱۰ تا ۱۵ درصد، تغییری اساسی در فرایندهای کارخانه و زیرساخت‌ها به‌حساب می‌آید. مواد و فرایندهای جدید هنوز در حال بلوغ هستند. شاید احتیاط اپل و سامسونگ در این زمینه تصمیم درستی باشد.