صنعت باتری گوشیهای هوشمند پس از سالها اتکا به فناوری لیتیومیونی اکنون وارد مرحلهای تازه شده است. باتریهای سیلیکون کربن که ابتدا توسط شرکتهای چینی مانند آنر، اوپو و شیائومی به کار گرفته شدند حالا راه خود را به محصولات سامسونگ نیز باز کردهاند. این فناوری جدید میتواند ظرفیت باتری را بهطور قابلتوجهی افزایش دهد و امکان استفاده از گوشی برای دو روز کامل با یک بار شارژ را فراهم کند، با این حال کارشناسان هشدار میدهند که این پیشرفت ممکن است با کاهش طول عمر مفید باتری همراه باشد.
به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از انگجت، سامسونگ در نسل جدید گوشیهای تاشوی خود Galaxy Z Fold ۸ و Galaxy Z Fold ۸ Ultra برای نخستین بار از مواد سیلیکون کربن در ساخت باتری استفاده کرده است. هرچند این شرکت همچنان نوع باتری را لیتیومیونی معرفی میکند اما تایید کرده است که برای افزایش چگالی انرژی از ترکیبات سیلیکون کربن بهره گرفته است، رویکردی که در صنعت بهعنوان باتری سیلیکون کربن شناخته میشود.
هر باتری از سه بخش اصلی تشکیل شده است: آند، کاتد و الکترولیت. در زمان شارژ کامل، الکترونها در آند ذخیره میشوند و هنگام استفاده از دستگاه به سمت کاتد حرکت میکنند. این جابهجایی از طریق الکترولیت انجام میشود و طی مجموعهای از واکنشهای شیمیایی و الکتریکی، انرژی مورد نیاز دستگاه تولید میشود.
با هر بار شارژ و تخلیه بخشی از مواد فعال داخل الکترولیت مصرف میشود و به مرور زمان ظرفیت باتری کاهش پیدا میکند، موضوعی که دلیل اصلی افت عملکرد باتری گوشیها پس از چند سال استفاده است.
بیش از دو دهه است که باتریهای لیتیومیونی به استاندارد اصلی صنعت الکترونیک تبدیل شدهاند. این باتریها سبک دارای چگالی انرژی بالا و قابل شارژ مجدد هستند و در گوشیهای هوشمند، لپتاپها، خودروهای برقی و بسیاری از تجهیزات الکترونیکی مورد استفاده قرار میگیرند. در ساختار رایج این باتریها، آند از گرافیت، کاتد از ترکیبات لیتیوم و الکترولیت از مواد شیمیایی خاصی مانند اتیلن کربنات تشکیل شده است.
روث سایرز، متخصص شیمی باتری و مدیرعامل شرکت AmpliSI معتقد است طی دو دهه گذشته تقریبا تمام بخشهای باتریهای لیتیومیونی بهینهسازی شدهاند، اما آند گرافیتی همچنان مهمترین عامل محدودکننده عملکرد این باتریها محسوب میشود.
به گفته او ظرفیت ذخیره انرژی گرافیت به سقف توانایی خود رسیده و به همین دلیل سیلیکون بهعنوان جدیترین جایگزین آن مطرح شده است.
برخلاف تصور عمومی، باتری سیلیکون کربن یک فناوری کاملا جدید نیست و همچنان بر پایه شیمی لیتیوم عمل میکند. در این باتریها تنها بخشی از آند گرافیتی با پودر سیلیکون جایگزین میشود و هنوز امکان ساخت آندی کاملا سیلیکونی وجود ندارد، زیرا چنین ساختاری دوام بسیار پایینی خواهد داشت.
در واقع آند این باتریها ترکیبی از گرافیت و سیلیکون است و همین تغییر کوچک تاثیر بزرگی بر ظرفیت ذخیره انرژی میگذارد. اگرچه استفاده از این فناوری در گوشیهای هوشمند بهتازگی فراگیر شده، اما صنعت خودروهای برقی سالهاست از آن بهره میبرد.
جوهو هایسکا، رئیس بخش تحقیق و توسعه دانشگاه علوم کاربردی ساینایوکی فنلاند میگوید تسلا از سالها قبل در برخی باتریهای خود از ترکیب سه تا پنج درصد سیلیکون استفاده کرده است.
به گفته او آنچه امروز شرایط را تغییر داده، پیشرفت فرآیندهای تولید، مهندسی مواد و فناوریهای شیمیایی است که امکان استفاده از درصد بیشتری سیلیکون را فراهم کرده است.
کارخانهها اکنون میتوانند بدون تغییر اساسی در خطوط تولید بخشی از گرافیت را با سیلیکون جایگزین کنند، هرچند هزینه تولید این سلولها همچنان بیشتر از باتریهای معمولی است.
بزرگترین مزیت باتریهای سیلیکون کربن افزایش چشمگیر چگالی انرژی است. به گفته روث سایرز ظرفیت ذخیره انرژی گرافیت حدود ۳۳۰ میلیآمپرساعت بر گرم است، در حالی که سیلیکون میتواند تقریبا۱۰ برابر بیشتر یونهای لیتیوم را در خود جای دهد.
در این فناوری لیتیوم با سیلیکون آلیاژ تشکیل میدهد و همین واکنش شیمیایی امکان ذخیره مقدار بسیار بیشتری از یونهای لیتیوم را فراهم میکند.
نتیجه این فرایند آن است که باتری بدون افزایش ضخامت گوشی ظرفیت بسیار بیشتری پیدا میکند گوشی میتواند مدت زمان طولانیتری با یک بار شارژ کار کند و امکان طراحی گوشیهای باریکتر نیز فراهم میشود.
نمونهای از این پیشرفت در گوشی OnePlus ۱۵ دیده میشود؛ دستگاهی که با وجود ضخامت نزدیک به آیفون از باتری ۷۳۰۰ میلیآمپرساعتی بهره میبرد و در آزمایشها بیش از ۳۸ ساعت شارژدهی مداوم ثبت کرده است.
مزیت مهم دیگر این فناوری افزایش سرعت شارژ است. در باتریهای گرافیتی، یونهای لیتیوم با سرعت محدودی وارد لایههای گرافیت میشوند و همین موضوع سرعت شارژ را محدود میکند اما سیلیکون یونهای لیتیوم را بسیار سریعتر جذب میکند؛ بنابراین باتریهای سیلیکون کربن از شارژ سریعتر پشتیبانی میکنند و عملکرد بهتری در فناوریهای شارژ فوقسریع دارند.
یکی دیگر از دلایل استقبال صنعت از این فناوری فراوانی سیلیکون است. این عنصر در طبیعت به وفور یافت میشود و نسبت به بسیاری از مواد مورد استفاده در فناوریهای جدید باتری هزینه تولید پایینتر و ریسک تامین کمتری دارد، موضوعی که از نظر زنجیره تأمین جهانی اهمیت زیادی پیدا کرده است.
در کنار تمام مزایا باتریهای سیلیکون-کربن یک نقطهضعف مهم یعنی کاهش طول عمر مفید باتری نیز دارند. مشکل اصلی به رفتار فیزیکی سیلیکون هنگام شارژ بازمیگردد. در هر چرخه شارژ، مواد داخل آند منبسط میشوند. میزان انبساط گرافیت حدود ۱۰ درصد است، اما سیلیکون میتواند تا ۴۰۰ درصد افزایش حجم پیدا کند.
این انبساط شدید به مرور باعث ترکخوردگی، کاهش پایداری ساختار داخلی و افت سریعتر ظرفیت باتری میشود. به همین دلیل تولیدکنندگان هنوز نمیتوانند از آند کاملا سیلیکونی استفاده کنند و ناچارند تنها درصد محدودی از گرافیت را با سیلیکون جایگزین کنند.
سامسونگ برخلاف برخی برندهای چینی تصمیم گرفته از مقدار محدودی سیلیکون استفاده کند. هدف این شرکت بیشتر کاهش ابعاد باتری و طراحی باریکتر گوشیهاست تا افزایش بسیار زیاد ظرفیت.
با این حال اسناد ثبتشده این شرکت در اتحادیه اروپا نشان میدهد طول عمر این باتریها حدود ۱۲۰۰ چرخه شارژ برآورد شده است، در حالی که نسل قبلی باتریهای این شرکت تا ۲۰۰۰ چرخه شارژ دوام داشتند. این اختلاف نشان میدهد سامسونگ نیز کاهش عمر باتری را بهعنوان یکی از پیامدهای استفاده از این فناوری پذیرفته است.
پژوهشگران در حال توسعه نسلهای جدیدی از باتریهای سیلیکون کربن هستند که با استفاده از روشهای نوین تولید و افزودن ترکیباتی مانند فلوئوروفسفاتها بتوانند پایداری شیمیایی و طول عمر سلولها را افزایش دهند.
هدف نهایی یافتن ترکیبی بهینه از گرافیت و سیلیکون است که هم ظرفیت ذخیره انرژی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و هم افت عمر باتری را به حداقل برساند.
کارشناسان معتقدند گوشیهای هوشمند بهترین بستر برای توسعه این فناوری هستند زیرا کاربران معمولا هر چند سال یکبار دستگاه خود را تعویض میکنند. از سوی دیگر اگر یک گوشی بتواند با هر بار شارژ دو روز دوام بیاورد تعداد دفعات شارژ نیز کاهش یافته و همین موضوع تا حدی افت طول عمر باتری را جبران خواهد کرد.
در مجموع باتریهای سیلیکون کربن یکی از مهمترین پیشرفتهای سالهای اخیر در صنعت موبایل محسوب میشوند. این فناوری میتواند مشکل همیشگی شارژدهی گوشیها را تا حد زیادی برطرف کند اما همچنان برای دستیابی به تعادل میان ظرفیت بالا و دوام طولانی نیازمند تکامل بیشتر است.
انتهای پیام/