بطاريات السيليكون والكربون: ثورة جديدة

تعتبر الهواتف الذكية اليوم من أكثر الأدوات التكنولوجية تطوراً، حيث يمكن استخدامها في التقاط صور احترافية، بث فيديو بدقة 4K، ولعب الألعاب، وغير ذلك الكثير. ولكن، غالباً ما تواجه بطارياتها صعوبة في مواكبة هذه الاستخدامات المتعددة.

لقد سعى مصنّعو الهواتف منذ سنوات لتجاوز حدود تقنية بطاريات الليثيوم أيون، إلا أن نوعاً جديداً من البطاريات يعد بتغيير المعادلة تماماً.

تظهر بطاريات السيليكون والكربون، التي بدأت بالظهور في بعض الهواتف الرائدة، كخطوة متقدمة في تخزين الطاقة.

عبر استبدال الجرافيت في البطاريات التقليدية بتركيب من السيليكون والكربون، تقدم هذه الخلايا من الجيل الجديد طاقة أكبر في حجم أصغر، تدعم الشحن السريع، وقد تساعد في جعل الأجهزة الرفيعة جداً والأجهزة القابلة للطي أكثر عملية.

في هذا الدليل، سنستعرض التقنية وراء بطاريات السيليكون والكربون ولماذا يُعتقد أنها واحدة من أبرز الابتكارات في مجال البطاريات في السنوات الأخيرة لصناعة الهواتف المحمولة.

قيود بطاريات الليثيوم أيون

تعتمد بطاريات الليثيوم أيون الحالية على أنودات الجرافيت لتخزين الطاقة. الجرافيت مستقر ورخيص نسبياً، ولكنه يمتلك سعة محدودة لأيونات الليثيوم.

نتيجة لذلك، كان على مصنعي الهواتف التوازن بين حجم البطارية ووزن الجهاز وسمكه، مما يؤدي غالباً إلى التضحية بالاستدامة في سبيل تصميمات أنيقة.

وأصبح هذا التوازن أكثر صعوبة مع تزايد طلب المستهلكين على أجهزة أنحف وعمر بطارية أطول.

كيف تعتبر بطاريات السيليكون والكربون تغييراً جذرياً

يمتلك السيليكون سعة نظرية محددة عالية تبلغ حوالي 4,200mAh/g، وهو أكثر من عشرة أضعاف سعة الجرافيت (372mAh/g).

ومع ذلك، فإن تلك السعة الإضافية تأتي مع تكلفة. يمكن أن يتوسع السيليكون بحوالي 300%، مما يؤدي إلى التشققات، وعدم الاستقرار الكهربائي، وفشل البطارية المبكر.

لمعالجة هذه المشكلة، يتم خلط السيليكون مع الكربون لتشكيل هيكل أكثر مرونة.

تظل بطاريات السيليكون والكربون في جوهرها خلايا ليثيوم أيون، لكن ما يميزها هو المادة المستخدمة في الأنود. بدلاً من الجرافيت النقي، يكون الأنود مزيجاً من السيليكون والكربون.

هذا الهجين يعزز تخزين الطاقة مع محاولة التحكم في التمدد الشهير للسيليكون أثناء الشحن.

يقلل التمدد إلى حوالي ثلاثة أضعاف ذلك في خلايا الجرافيت فقط، مما يجعلها أكثر قابلية للإدارة داخل هياكل الهواتف الذكية الحديثة.

هل بطاريات السيليكون والكربون أفضل من الليثيوم أيون؟

عند المقارنة بالجرافيت، يمكن للسيليكون تخزين ما يصل إلى عشرة أضعاف أيونات الليثيوم.

في الواقع، يمكن أن تزيد أنودات السيليكون والكربون من كثافة الطاقة، مما يسمح لمصنعي الهواتف بتعبئة المزيد من الطاقة في نفس المساحة. كما يمكن أن تقلل من سمك الأجهزة دون التضحية بعمر البطارية.

تدعم هذه البطاريات الشحن السريع بفضل تحسين الموصلية، وتعمل بشكل أفضل في درجات الحرارة المنخفضة.

تعتبر الأجهزة القابلة للطي والتصاميم المدمجة من أكبر المستفيدين من بطاريات السيليكون والكربون.

تتيح البطاريات ذات الكثافة العالية لهذه الأجهزة تحقيق عمر بطارية كامل اليوم دون الحاجة إلى هياكل أكثر سمكًا أو وزناً.

المستخدمون الأوائل لبطاريات السيليكون والكربون في الهواتف

كان أول هاتف ذكي مزود ببطاريات السيليكون والكربون هو Honor Magic 5 Pro. ومع ذلك، كانت أنودات السيليكون والكربون محدودة في النسخة الصينية.

شهد خليفته، Honor Magic 6 Pro، إطلاقاً دولياً مع بطارية سيليكون وكربون. تم إصدار الجهاز لأول مرة في الصين في عام 2024، ويحتوي على وحدة بسعة 5,600mAh.

كان أكبر من معظم المنافسين في ذلك الوقت، دون إضافة سمك أو وزن كبير.

كما اعتمدت شركات مثل OnePlus وOppo وXiaomi وRealme تقنية بطاريات السيليكون والكربون في بعض هواتفها.

على سبيل المثال، يتميز OnePlus 13 ببطارية سيليكون وكربون بسعة 6,000mAh. تدعم الشحن السريع بقدرة 100 واط، مما يسمح بالانتقال من 0% إلى 100% في حوالي 30 دقيقة.

تستفيد الأجهزة القابلة للطي بشكل أكبر من هذه التقنية الجديدة. يستخدم Honor Magic V5، أحد أرقى الهواتف القابلة للطي حتى الآن، بطارية سيليكون وكربون للحفاظ على عمر البطارية مع تقليل سمك الهيكل.

وفقًا لتقرير من وكالة الأنباء الكورية FNNews، تستكشف شركتا سامسونغ وآبل هذه التكنولوجيا. ومع ذلك، يقول المحللون إنه قد يستغرق الأمر عدة دورات إنتاجية قبل أن تظهر في أجهزتهم الرائدة.

بطاريات السيليكون والكربون ليست حلاً مثالياً

على الرغم من أن التقنية تبدو واعدة، إلا أن بطاريات السيليكون والكربون ليست حلاً مثالياً. تعتبر الأنودات السيليكون والكربون أكثر تكلفة في الإنتاج من الجرافيت، مما قد يزيد من أسعار الأجهزة.

هناك قلق آخر يتعلق بالمتانة على المدى الطويل. على الرغم من أن المهندسين قد خفضوا مشكلة التمدد، إلا أن السيليكون لا يزال يتوسع أكثر من الجرافيت، مما قد يؤثر على عمر البطارية على مدى سنوات من الاستخدام اليومي.
غرفة لشخصين الحلقة 7

يعتبر توسيع الإنتاج لتلبية الطلب العالمي عقبة كبيرة أيضاً. حيث إن خطوط الإنتاج الحالية تم تحسينها للجرافيت، ويتطلب إعادة تجهيزها للتركيبات من السيليكون والكربون الوقت والاستثمار.

قد تصبح قلق البطارية شيئاً من الماضي

بالنسبة لمستخدمي الهواتف الذكية، تعني بطاريات السيليكون والكربون أجهزة تدوم طويلاً، وتشحن بسرعة، وتشعر بالنحافة عند الاستخدام.

أما بالنسبة للمصنعين، فإنها تمنح دفعة مطلوبة بشدة في كثافة الطاقة في وقت تتزايد فيه الابتكارات في الكاميرات والشاشات والمعالجات، مما يفرض ضغوطًا متزايدة على أداء البطارية.

إذا انخفضت التكاليف وزاد الإنتاج، قد تصبح بطاريات السيليكون والكربون معيارًا للهواتف الرائدة خلال العامين أو الثلاثة القادمة. حتى ذلك الحين، تظل ميزة بارزة في عدد محدود من الأجهزة.