از گرافیت تا سیلیکون–کربن؛ جهش بزرگ iPhone 17 در فناوری باتری
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، گوشی‌هایی با طراحی نازک‌تر، دوران اوج خود را سپری می‌کنند. اما در حالی که گوشی‌های نازک معمولاً از عمر باتری ضعیفی رنج می‌برند، باتری‌هایی با آند‌های سیلیکون-کربن به غلبه بر این محدودیت کمک می‌کنند.
تمام محصولات ارائه شده در WIRED به طور مستقل توسط ویراستاران ما انتخاب می‌شوند. با این حال، ممکن است از خرده‌فروشان و/یا از خرید محصولات از طریق این لینک‌ها، غرامت دریافت کنیم. اطلاعات بیشتر.
از نظر تاریخی، ساختن یک گوشی نازک به معنای تعویض باتری معمولی با باتری باریک‌تر و کم‌دوام‌تر بود؛ و یک گوشی نازک با عمر باتری ضعیف چه فایده‌ای دارد؟ فناوری باتری سیلیکون-کربن نوظهور ممکن است راه‌حل باشد.
این فناوری به تدریج در حال ظهور است. دهه‌هاست که در حال تحقیق است و در حال حاضر در محصولات قابل توجهی استفاده می‌شود. ردیاب‌های تناسب اندام از سال ۲۰۲۱ دارای باتری‌های سیلیکون-کربن بوده‌اند. برند‌های چینی تلفن، شیائومی و آنر، اخیراً از این فناوری در تلفن‌های خود استفاده کرده‌اند؛ وان‌پلاس آن را در وان‌پلاس ۱۳ به کار گرفته است و حتی ناتینگهام آن را در تلفن جدید خود (۳) به کار گرفته است. تاکنون، کاربرد این فناوری بر اساس شکل ظاهری تقسیم شده است، به طوری که تلفن‌های تاشو از طراحی‌های نازک‌تری برخوردارند و تلفن‌های آب‌نباتی ظرفیت باتری بیشتری دارند.
انتظار می‌رود اپل این هفته از آیفون ۱۷ ایر رونمایی کند و شایعه شده است که ضخامت آن تنها ۵.۵ میلی‌متر خواهد بود که آن را به باریک‌ترین آیفون تاریخ تبدیل می‌کند. این شرکت ممکن است از باتری سیلیکون-کربنی استفاده کند تا اطمینان حاصل کند که می‌تواند به عمر باتری مورد انتظار از یک آیفون مدرن نزدیک یا با آن مطابقت داشته باشد.
پوست نازک
بیشتر گوشی‌ها ضخامتی بین ۸ تا ۹ میلی‌متر دارند. سامسونگ گلکسی S۲۵ اولترا ۸.۲ میلی‌متر، آیفون ۱۶ پرو مکس ۸.۲۵ میلی‌متر و گوگل پیکسل ۱۰ پرو ایکس‌ال ۸.۵ میلی‌متر ضخامت دارند. اما سازندگان گوشی طوری از ضخامت گوشی‌ها کم کرده‌اند که انگار به کسی ربطی ندارد و سال ۲۰۲۵ شاهد شکوفایی دستگاه‌های فوق‌العاده باریک خواهیم بود.
بهار گذشته، سامسونگ گلکسی S۲۵ Edge را با ضخامت تنها ۵.۸ میلی‌متر معرفی کرد. حتی جدیدترین گوشی یعنی گلکسی Z Fold۷ در حالت باز شده ضخامت شگفت‌انگیز ۴.۲ میلی‌متری دارد، اما گوشی تاشوی سه‌گانه هواوی، Mate XT Ultimate، با ضخامت ۳.۶ میلی‌متر در حالت باز، از آن پیشی می‌گیرد. برند‌های کوچک‌تر مانند Tecno نیز وارد این عرصه شده‌اند و در MWC ۲۰۲۵ از یک گوشی فوق‌العاده نازک رونمایی کردند و متعاقباً از یک گوشی ۵.۹۳ میلی‌متری رونمایی کردند.
این اولین باری نیست که سازندگان تلفن همراه، باریکی را به عنوان یک ویژگی در نظر گرفته‌اند. اوایل دهه ۲۰۱۰ نیز شاهد رقابت مشابهی از سوی همین بازیگران بودیم؛ در رویداد سپتامبر ۲۰۱۲ اپل، اولین کلمات در مورد آیفون ۵ این بود که «باریک‌ترین تلفنی است که تا به حال ساخته‌ایم» و با ضخامت ۷.۶ میلی‌متر، اپل تا آنجا پیش رفت که آن را باریک‌ترین تلفن هوشمند جهان در آن زمان نامید. از آن زمان تاکنون حتی شاهد باریک‌تر شدن نیز بوده‌ایم: Oppo R۵ از سال ۲۰۱۴، ۴.۸۵ میلی‌متر ضخامت داشت.
| باریک‌ترین گوشی‌های سال ۲۰۲۵ | ضخامت تبلیغ شده | باتری سیلیکون-کربن؟ |
| هواوی میت ایکس تی آلتیمیت | ۳.۶ میلی‌متر (در حالت باز) | ✅ |
| آنر مجیک V5 | ۴.۱ میلی‌متر (در حالت باز) | ✅ |
| سامسونگ گلکسی زد فولد ۷ | ۴.۲ میلی‌متر (در حالت باز) | ❌ |
| آیفون ۱۷ ایر | ۵.۵ میلی‌متر (شایعه شده) | اعلام خواهد شد |
| سامسونگ گلکسی S25 اج | ۵.۸ میلی‌متر | ❌ |
| زد تی ای نوبیا ایر | ۵.۹ میلی‌متر | تایید نشده |
| تکنو اسپارک اسلیم | ۵.۹۳ میلی‌متر | ✅ |
با توجه به جنگ‌های جدید بر سر باریکی، تاکنون تنها تعداد کمی از این شرکت‌ها مانند هواوی و آنر از باتری‌های سیلیکون-کربن استفاده می‌کنند. به نظر می‌رسد سامسونگ محتاط‌تر عمل می‌کند و تصمیم گرفته از باتری لیتیوم-یونی استاندارد استفاده کند و راه‌هایی برای افزایش بهره‌وری انرژی نمایشگر خود پیدا کند تا ظرفیت کمتر باتری را جبران کند. (با توجه به سابقه این شرکت در زمینه باتری، این موضوع قابل درک است.)، اما این تغییرات کافی نبودند - عمر باتری Edge هنوز هم کم است؛ بنابراین باتری سیلیکون-کربن دقیقاً چیست و چگونه می‌تواند بر آیفون ۱۷ ایر تأثیر بگذارد؟
آیفون ۱۷ ایر می‌تواند از باتری سیلیکون-کربن استفاده کند. این باتری چیست؟
باتری سیلیکون-کربن چیست؟
در یک باتری لیتیوم-یونی، یون‌های لیتیوم هنگام دشارژ شدن گوشی در حین استفاده، از آند به کاتد حرکت می‌کنند. وقتی دستگاه خود را شارژ می‌کنید، این یون‌ها از کاتد به آند برمی‌گردند و دوباره شسته و تکرار می‌شوند. آند معمولاً از گرافیت ساخته شده است.
«باتری سیلیکون-کربن» در واقع یک نام بی‌مسما است. این باتری‌ها هنوز هم باتری‌های لیتیوم-یونی هستند؛ با این حال، آند گرافیتی با یک آند سیلیکون-کربن جایگزین شده است. به گفته ریک لوب، سیلیکون می‌تواند تقریباً ۱۰ برابر وزن گرافیت، یون‌های لیتیوم را ذخیره کند. او مدیرعامل Group۱۴، یکی از شرکت‌های برتر در حوزه باتری سیلیکونی است. از دیگر بازیگران این عرصه می‌توان به Enovix، Sila Nanotechnologies و Nexeon اشاره کرد.
لوب می‌گوید آند گرافیتی در یک باتری لیتیوم-یونی معمولی فضای زیادی را اشغال می‌کند - حدود ۶۰ درصد، بسته به طراحی باتری. یک آند سیلیکونی فضای کمتری را در باتری اشغال می‌کند و در نتیجه با گسترش کاتد، امکان چگالی انرژی بالاتری را فراهم می‌کند.
شایان ذکر است که شرکتی مانند Group۱۴ یا Sila در واقع باتری تولید نمی‌کند؛ این آند‌های سیلیکونی چیزی هستند که به عنوان یک محصول قطره‌ای شناخته می‌شوند. لوبه می‌گوید: «ما تولیدکننده پودر هستیم - پودر سیاه جادویی». آند سیلیکون-کربن پودری به تولیدکنندگان باتری مانند ATL ارسال می‌شود که باتری برای تلفن‌های هوشمند و لپ‌تاپ‌ها تولید می‌کند. شرکتی مانند ATL می‌تواند به سادگی پودر گرافیت خود را با مخلوط سیلیکون-کربن بدون هیچ اختلالی جایگزین کند.
یک سازنده تلفن می‌تواند یکی از دو رویکرد را در پیش بگیرد. شما می‌توانید تلفن هوشمند خود را تقریباً با همان ضخامت قبلی بسازید، اما اکنون ظرفیت انرژی باتری را افزایش دهید، مانند OnePlus ۱۳. این می‌تواند زمان کارکرد باتری را طولانی‌تر کند. یا از آنجایی که باتری دیگر نیازی به اندازه بزرگ ندارد، می‌توانید تقریباً همان ظرفیت انرژی مدل‌های قبلی را حفظ کنید و از صرفه‌جویی در فضا برای باریک‌تر کردن تلفن استفاده کنید.
تولیدکنندگانی مانند Honor، OnePlus و Nothing در جدیدترین گوشی‌های خود از سیلیکون-کربن استفاده می‌کنند. این دستگاه‌ها ضخامت استاندارد خود را تا حد زیادی حفظ کرده و ظرفیت باتری بیشتری دارند. به عنوان مثال، OnePlus ۱۳ باتری بزرگتر ۶۰۰۰ میلی‌آمپر ساعتی دارد و از مدل قبلی خود نازک‌تر است، اما ضخامت ۸.۵ میلی‌متری آن با اکثر گوشی‌های سنتی برابری می‌کند.
اپل رویکرد دوم را با ملاحظاتی در پیش گرفته است. شایعات حاکی از آن است که ظرفیت باتری آیفون ۱۷ ایر حدود ۲۹۰۰ میلی‌آمپر ساعت خواهد بود که نسبت به مدل‌های قبلی آیفون، به خصوص با اندازه صفحه نمایش ۶.۶ اینچی، کاهش شدیدی را نشان می‌دهد. اما ظاهراً این شرکت با ترفند‌های صرفه‌جویی در مصرف انرژی، این کمبود را جبران می‌کند تا مطمئن شود که عمر باتری مشابه سایر آیفون‌ها باقی می‌ماند، از جمله مودم C۱ کارآمدتر اپل که اوایل امسال در آیفون ۱۶ e عرضه شد.
لوبه از اظهار نظر در مورد اینکه آیا کامپوزیت سیلیکون-کربن Group۱۴ در باتری‌های آیفون ۱۷ ایر استفاده می‌شود یا خیر، خودداری کرد؛ شرکت‌های Sila Nanotechnologies و Enovix بلافاصله به درخواست اظهار نظر پاسخ ندادند.
نکته چیست؟
مشکل باتری‌های سیلیکونی این است که منبسط می‌شوند. لوب می‌گوید وقتی سیلیکون خام را لیتیومی می‌کنید، می‌تواند تا سه برابر حجم اولیه‌اش منبسط شود. باتری‌های لیتیوم-یونی نیز متورم می‌شوند؛ احتمالاً در مورد این موضوع شنیده‌اید یا شاید حتی آن را تجربه کرده‌اید، زیرا می‌تواند به دلایل بی‌شماری اتفاق بیفتد. این بدان معناست که مشکلی پیش آمده است و باتری اکنون یک خطر ایمنی محسوب می‌شود.
این مشکلی است که محققان و شرکت‌ها دهه‌ها برای حل آن تلاش کرده‌اند و راه‌حل آن در بخش کربنی نام آن نهفته است. اینجا کمی فنی می‌شود - و هر شرکت آند سیلیکونی فرآیند اختصاصی خود را دارد -، اما لوب می‌گوید رویکرد Group۱۴ شروع با یک ماده کربنی متخلخل است.
او می‌گوید: «یک اسفنج کربنی را تصور کنید، اما منافذ آن اسفنج روی یک مولکول تک رقمی قرار دارند. ما داریم در مورد عرض کمتر از ۱۰ نانومتر صحبت می‌کنیم.» این منافذ با گاز سیلان (سیلیکون) پر شده‌اند، اما فقط در نیمه راه. ذره‌ای که باقی می‌ماند از سیلیکون، کربن و فضای خالی تشکیل شده است. وقتی یون‌های لیتیوم از کاتد به آند می‌روند و سیلیکون لیتیم می‌شود، منبسط می‌شود تا فضا‌های خالی ذره را پر کند.
لوب می‌گوید: «این روش، انبساط را در سطح ذرات کاهش می‌دهد، بنابراین باتری انبساط را نمی‌بیند، بنابراین باتری را تثبیت می‌کند و عمر چرخه‌ای عالی به دست می‌آید. این بینش حیاتی در اختراع است: یادگیری واقعی چگونگی درونی‌سازی این انبساط، به طوری که از شیمی باتری و عملیات مکانیکی جدا باشد.
وینسنت شوریر به مدت ۱۵ سال محقق در حوزه سیلیکون بوده و شریک شرکت مشاوره باتری Cyclikal است. او می‌گوید اگرچه سیلیکون به عنوان ماده‌ای برای استفاده در باتری‌های لیتیوم-یونی آمده است که بماند، اما هنوز چالش‌هایی برای پذیرش گسترده‌تر آن وجود دارد، از جمله هزینه.
شرکت‌هایی مانند Group۱۴ به جای سیلیکون جامد از گاز سیلان استفاده می‌کنند که عملکرد باتری بهتری را ارائه می‌دهد، اما می‌تواند ۱۰ برابر هزینه داشته باشد. این امر می‌تواند فروش کامپوزیت آنها را به سازندگان باتری دشوارتر کند و می‌تواند قیمت لوازم الکترونیکی مصرفی را افزایش دهد. شایعه شده است که آیفون ۱۷ ایر حدود ۱۰۹۹ دلار قیمت خواهد داشت که احتمالاً ۲۰۰ دلار بیشتر از آیفون ۱۶ پلاس است که انتظار می‌رود جایگزین آن شود، اگرچه ممکن است عوامل دیگری مانند تعرفه‌ها نیز بر قیمت آن تأثیر بگذارند.
شوریر همچنین می‌گوید که اغلب می‌بیند سازندگان سیلیکون-کربن ادعا‌های مربوط به چگالی انرژی را اغراق‌آمیز مطرح می‌کنند. برای مثال، گروه ۱۴ در وب‌سایت خود می‌گوید که باتری‌های سیلیکونی آنها می‌توانند تا ۵۰ درصد چگالی انرژی بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی معمولی ارائه دهند. اما اگر این ماده فقط برای جایگزینی گرافیت استفاده شود و چیز دیگری در باتری تغییر نکند، به احتمال زیاد با تغییر به آند سیلیکون-کربن، شاهد افزایش ۱۰ درصدی چگالی انرژی خواهید بود. سلول باتری را دوباره طراحی کنید، و سپس می‌توانید افزایش تا ۳۰ درصد را مشاهده کنید.
باتری‌های سیلیکون-کربن همچنین چرخه عمر بدتری نسبت به گرافیت دارند. این تعداد چرخه‌های کامل شارژ تا دشارژ (۰ تا ۱۰۰ درصد) است که یک باتری قبل از اینکه ظرفیت آن به زیر ۸۰ درصد کاهش یابد، طی می‌کند. از نظر راندمان انرژی سیلیکون - چه مقدار از انرژی وارد شده به باتری به صورت گرما درمی‌آید و چه مقدار به صورت انرژی ذخیره می‌شود - شوریه می‌گوید: «انرژی بیشتری نسبت به گرافیت در اثر گرما از دست می‌رود.
گرافیت می‌تواند پتانسیل رسیدن به ۵۰۰۰ چرخه شارژ را داشته باشد، در حالی که کامپوزیت Group۱۴ بسته به اینکه چند وقت یکبار گوشی را به طور کامل شارژ کنید، ۱۰۰۰ چرخه یا حدود سه سال دوام می‌آورد. با این حال، Chevrier اشاره می‌کند که باتری‌های فعلی با آند‌های گرافیتی به ۵۰۰۰ چرخه شارژ نمی‌رسند، زیرا شرکت‌هایی مانند اپل چگالی انرژی بالاتری را در باتری‌ها قرار می‌دهند که به باتری فشار می‌آورد، اما باعث می‌شود گوشی در طول روز کار کند. به همین دلیل است که باتری آیفون پس از دو سال استفاده به اندازه قبل دوام نمی‌آورد. باتری‌های آیفون ۱۶ می‌توانند ۸۰ درصد از ظرفیت خود را در ۱۰۰۰ چرخه شارژ حفظ کنند. تغییر به سیلیکون-کربن ممکن است لزوماً تفاوت زیادی در چرخه عمر باتری ایجاد نکند، برخلاف ادعا‌های دیگر.
پس پیش می‌رود
نکته‌ی مهمی که باید به خاطر داشته باشید این است که با وجود پیشرفت‌هایی که در طول سال‌ها در باتری‌ها، از جمله آند‌های سیلیکون-کربن، رخ داده است، فناوری‌های جدیدی نیز همزمان از راه می‌رسند تا سهمی از آن قدرت اضافی را از آن خود کنند. فهرست رو به رشد ویژگی‌های هوش مصنوعی که به صورت محلی روی تلفن‌ها اجرا می‌شوند، در حال افزایش است و اگر بتوانند قدرت بیشتری را جذب کنند، با کمال میل آن را مصرف خواهند کرد. این بدان معناست که حتی اگر سازنده‌ی دستگاه، آند سیلیکون-کربن را در آن قرار دهد و ظرفیت باتری را افزایش دهد، ممکن است از عمر باتری طولانی‌تری لذت نبرید.
در مورد آیفون ۱۷ ایر، اپل از مزیت صرفه‌جویی در فضا به دلیل آند‌های سیلیکون-کربن استفاده می‌کند و در حال آزمایش طراحی نازک و سبک است تا ببیند آیا مصرف‌کنندگان بدون استفاده از صفحه نمایش کوچک‌تر، آن را دوست خواهند داشت یا خیر. همچنین می‌تواند زمینه‌ساز آزمایشی برای آیفون تاشو در آینده باشد - اپل اطمینان حاصل خواهد کرد که این گوشی به طور چشمگیری ضخیم‌تر از یک آیفون سنتی نخواهد بود.
اینکه آیا این شرکت در ارائه میزان مناسب عمر باتری در این طراحی موفق خواهد شد یا خیر، باید صبر کنیم تا بالاخره بتوانیم ایر را امتحان کنیم.
آقای شوریر اظهار می‌کند که در حالی که گروه ۱۴ اظهار می‌کند که افزایش چگالی انرژی تا ۵۰٪ قابل دستیابی است، در واقع، این افزایش در واقع ۱۰٪ تا ۳۰٪ است (که هنوز هم بد نیست، توجه داشته باشید). اما V۴Smart به تازگی باتری‌های نسل دوم خود را با استفاده از ماده آند سیلیکون کربن گروه ۱۴ با افزایش ۵۰٪ چگالی انرژی معرفی کرده است. (از ۱۴۰ وات ساعت بر کیلوگرم به بیش از ۲۸۰ وات ساعت بر کیلوگرم)؛ و Sionic با آند ۱۰۰٪ سیلیکونی خود، ۳۷۰ وات ساعت بر کیلوگرم است. سپس نویسنده مقاله بیان می‌کند که ماده گروه ۱۴ فقط تا ۱۰۰۰ چرخه خوب است در حالی که ۸۰٪ چگالی انرژی اولیه را حفظ می‌کند (که هنوز هم بد نیست). اما این شرکت اخیراً تحقیقاتی را با داده‌هایی نه از یک باتری یا یک شرکت، بلکه از ۲۰ مشتری، در طیف وسیعی از بارگذاری سیلیکون در آند و در طیف وسیعی از اهداف استفاده نهایی (EV تا CE) منتشر کرده است. این مشتریان ۱۵۰۰ تا ۳۰۰۰ چرخه را گزارش می‌دهند.
