انقلاب در باتری گوشی‌های هوشمند: ۸۰۰۰ میلی‌آمپرساعت در ۷ میلی‌متر

آند سیلیکون-کربن: جهشی فراتر از گرافیت

باتری‌های لیتیوم-یون متداول در گوشی‌های هوشمند از آند گرافیتی استفاده می‌کنند. گرافیت، ماده‌ای پایدار، مقرون‌به‌صرفه و ایمن است که در طول شارژ تغییر حجم ناچیزی دارد. با این حال، ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی آن محدود است.

در تئوری، سیلیکون قادر است تقریباً ۱۰ برابر بیشتر از گرافیت، یون‌های لیتیوم را در هر گرم ذخیره کند که این امر به افزایش چشمگیر چگالی انرژی می‌انجامد. اما چالش اصلی اینجاست که سیلیکون هنگام جذب لیتیوم، تا ۳۰۰ درصد افزایش حجم پیدا می‌کند. برای غلبه بر این مشکل، شرکت‌ها به ترکیب سیلیکون با کربن روی آورده‌اند که به آن آند سیلیکون-کربن (Si-C) گفته می‌شود.

در این ترکیب، کربن نقش یک چارچوب تثبیت‌کننده را ایفا می‌کند و ذرات سیلیکون را در جای خود نگه می‌دارد تا تنش ناشی از انبساط را جذب کند. نتیجه این فناوری، تولید باتری‌هایی با ظرفیت بالاتر و پایداری ساختاری کافی برای استفاده روزمره است، هرچند که بدون مدیریت دقیق، ممکن است سریع‌تر از باتری‌های گرافیتی خالص فرسوده شوند.

مدیریت انبساط: کلید ظرفیت بالا

مسئله انبساط در حین شارژ، چالش مهندسی اصلی در تولید باتری‌های پرظرفیت است. در حالی که انبساط گرافیت ناچیز است، سیلیکون تغییر حجم بسیار زیادی دارد. انبساط و انقباض مکرر در چرخه‌های شارژ می‌تواند به مواد آسیب رسانده و عمر مفید باتری را کاهش دهد.

تولیدکنندگان برای مقابله با این موضوع، راهبردهای متعددی را به کار می‌گیرند:

• تبدیل سیلیکون به ذرات در اندازه نانو برای تحمل بهتر انبساط.
• قرار دادن ذرات سیلیکون در ماتریس کربنی برای توزیع فشار.
• ترکیب سیلیکون با گرافیت برای حفظ پایداری.

این راهکارها به بهبود تدریجی ظرفیت باتری بدون افزایش قابل توجه ضخامت گوشی منجر شده و امکان تولید گوشی‌هایی با ظرفیت ۷۰۰۰ و ۸۰۰۰ میلی‌آمپرساعت را بدون عبور از ضخامت ۸ میلی‌متر فراهم آورده است.

تکامل تدریجی فناوری و ورود به بازار

ظهور باتری‌های سیلیکون-کربن یک اتفاق ناگهانی نبوده و این فناوری به تدریج تکامل یافته است. حدود سال ۲۰۲۳، تولیدکنندگان با استفاده از درصدهای کوچک سیلیکون (بین ۵ تا ۱۰ درصد) در آند باتری‌های خود شروع به آزمایش کردند که منجر به بهبود جزئی اما قابل توجهی در ظرفیت شد.

تا سال‌های ۲۰۲۴ و ۲۰۲۵، این فناوری به ویژه در میان برندهای چینی رایج‌تر شد. محتوای سیلیکون به تدریج افزایش یافت و چگالی انرژی بهبود یافت. در نتیجه، مرز ظرفیت باتری برای گوشی‌های باریک از ۵۰۰۰ میلی‌آمپرساعت به ۶۰۰۰ میلی‌آمپرساعت و فراتر از آن رسید. اکنون در سال ۲۰۲۶، دستگاه‌هایی با باتری‌های ۸۰۰۰ میلی‌آمپرساعتی در بدنه‌هایی که ظاهر «آجری» ندارند، در حال ورود به بازار هستند.

پیشگامان تولید باتری‌های پرظرفیت

برندهایی نظیر آنر پاور که سال گذشته عرضه شد، دارای یک سلول ۸۰۰۰ میلی‌آمپرساعتی در بدنه‌ای با ضخامت کمتر از ۸ میلی‌متر است. به همین ترتیب، آیکیو زد ۱۱ توربو با باتری ۷۶۰۰ میلی‌آمپرساعتی، ضخامتی معادل ۸.۱ میلی‌متر دارد. گوشی‌های تاشو مانند آنر مجیک وی ۵ نیز از باتری سیلیکون-کربن استفاده می‌کنند و توانسته‌اند بیش از ۶۰۰۰ میلی‌آمپرساعت باتری را در یک شاسی تاشوی باریک جای دهند.

این دستاورد قابل توجه است، زیرا گوشی‌های تاشو فضای داخلی کمتری برای کار دارند. نقطه مشترک این پیشرفت‌ها فقط ظرفیت بالا نیست، بلکه چگالی انرژی افزایش یافته است؛ شرکت‌ها وات-ساعت بیشتری را در هر میلی‌متر مکعب نسبت به قبل جای می‌دهند.

احتیاط اپل و سامسونگ: اولویت با طول عمر و پایداری

اگر تعجب می‌کنید که چرا گوشی‌های آیفون یا سری گلکسی هنوز به ظرفیت ۸۰۰۰ میلی‌آمپرساعت نرسیده‌اند، چندین دلیل احتمالی وجود دارد. بخشی از آن به رویکرد فلسفی این دو شرکت مربوط می‌شود؛ هم اپل و هم سامسونگ طول عمر باتری و پایداری بلندمدت را در اولویت قرار می‌دهند.

باتری‌های سیلیکون-کربن، اگرچه آینده‌دار هستند، اما هنوز در مقیاس وسیع نسبتاً جدیدند. مدیریت تورم، حفظ چرخه عمر و اطمینان از ایمنی در میلیون‌ها واحد، برای این برندها ساده نیست. همچنین، مقررات و الزامات لجستیکی نیز در این تصمیم‌گیری نقش دارند. حمل و نقل باتری‌های لیتیومی پرظرفیت در بازارهای جهانی شامل استانداردهای صدور گواهی سخت‌گیرانه‌ای است. این به معنای عدم پذیرش این فناوری توسط اپل یا سامسونگ نیست، بلکه به این معنی است که آن‌ها در موج اول این تغییر پیشتاز نخواهند بود.

آینده باتری‌های گوشی‌های هوشمند: ۱۰۰۰۰ میلی‌آمپرساعت و فراتر

در صورت ادامه بهبود فناوری سیلیکون-کربن، طولی نخواهد کشید که گوشی‌هایی با باتری‌های ۱۰۰۰۰ میلی‌آمپرساعتی یا بیشتر در صنعت رایج شوند. برندهایی چون آنر و ریلمی قبلاً گوشی‌های ۱۰۰۰۰ میلی‌آمپرساعتی خود را عرضه کرده‌اند.

افزایش درصد سیلیکون، بهبود ساختار آند و مدیریت حرارتی بهتر می‌تواند چگالی انرژی را باز هم بیشتر کند، بدون این‌که به افزایش حجم باتری‌های قدیمی نیاز باشد. با این حال، پرسش‌هایی در مورد طول عمر باتری در درازمدت، مدیریت گرما هنگام شارژ سریع و هزینه‌های مواد پیشرفته باقی می‌ماند که سرعت حرکت صنعت و برندهایی را که این فناوری جدید را زودتر پذیرفته‌اند، شکل خواهد داد.