بازتعریف چگالی انرژی در موبایل؛ چگونه باتریهای حجیم وارد بدنههای ۷ میلیمتری شدند؟
تا چند سال پیش، قرار دادن یک باتری ۵۰۰۰ میلیآمپرساعتی در گوشی هوشمند به معنای افزایش محسوس ضخامت و کاهش ارگونومی دستگاه بود. اما در سال ۲۰۲۶ شرایط تغییر کرده. برای نمونه، Pova Curve 2 با وجود بهرهگیری از باتری ۸۰۰۰ میلیآمپرساعتی، تنها ۷ میلیمتر ضخامت دارد. این ترکیب که زمانی غیرممکن به نظر میرسید، اکنون به بخشی از مسیر جدید صنعت موبایل، بهویژه در میان تولیدکنندگان چینی، تبدیل شده.
بخش عمده گوشیهای هوشمند همچنان از باتریهای لیتیوم یون با آند گرافیتی استفاده میکنند. آند محل ذخیره یونهای لیتیوم در زمان شارژ است و گرافیت طی سالها به دلیل پایداری، قیمت مناسب و انبساط محدود هنگام شارژ، گزینهای قابل اعتماد بوده. این ویژگیها ایمنی و دوام قابل قبولی را برای استفاده روزمره فراهم کردهاند، اما ظرفیت ذخیره انرژی در ساختار گرافیت محدود است و امکان افزایش چشمگیر چگالی انرژی را نمیدهد.
از نظر تئوریک، سیلیکون میتواند در هر گرم تا حدود ده برابر بیشتر از گرافیت یون لیتیوم ذخیره کند. این موضوع به معنای افزایش مستقیم دهبرابری ظرفیت باتری نیست، اما امکان ارتقای چگالی انرژی را فراهم میکند؛ یعنی انرژی بیشتر در همان فضای فیزیکی. چالش اصلی اینجاست که سیلیکون هنگام جذب لیتیوم بهطور قابل توجهی منبسط میشود و همین مسئله مانع استفاده مستقل از آن در آند باتری است.
در شرایط آزمایشگاهی، این ماده میتواند تا حدود ۳۰۰ درصد دچار تورم حجمی شود؛ عددی که استفاده خالص از آن را برای کاربردهای تجاری دشوار میکند. برای حل این مشکل، شرکتها به ترکیب سیلیکون با کربن روی آوردهاند و ساختاری موسوم به آند سیلیکون-کربن (Si-C) را توسعه دادهاند. در این ساختار، کربن نقش چارچوب پایدارکننده را ایفا میکند و بخشی از تنش ناشی از انبساط را جذب میکند.
نتیجه این ترکیب، باتریهایی با ظرفیت بالاتر نسبت به نمونههای صرفاً گرافیتی است که در عین حال از پایداری ساختاری لازم برای استفاده روزانه برخوردارند. با این حال، این فناوری بدون چالش نیست. در صورت مدیریت نادرست، باتریهای سیلیکونکربن میتوانند سریعتر از نمونههای گرافیتی دچار افت عملکرد شوند. با وجود این، برای برندهایی که به دنبال افزایش ظرفیت بدون افزایش ضخامت هستند، این مصالحه قابل قبول ارزیابی میشود.
مسئله انبساط مواد در واقع مهمترین چالش مهندسی در این حوزه به شمار میرود. هنگام شارژ، ورود یونهای لیتیوم به آند باعث تورم ماده میشود؛ در گرافیت این تورم محدود است اما در سیلیکون شدیدتر رخ میدهد. تکرار چرخههای انبساط و انقباض میتواند به ترکخوردگی ساختار و کاهش عمر مفید باتری منجر شود. به همین دلیل، مدیریت مکانیکی و شیمیایی این فرایند اهمیت حیاتی دارد.
تولیدکنندگان برای کنترل این پدیده از چند راهکار استفاده میکنند. نخست، سیلیکون به ذرات نانومتری تبدیل میشود تا بهتر بتواند تنشهای ناشی از انبساط را تحمل کند. سپس این ذرات در یک ماتریس کربنی قرار میگیرند تا فشار بهصورت یکنواخت توزیع شود. در نهایت، سیلیکون بهطور کامل جایگزین گرافیت نمیشود بلکه با آن ترکیب میگردد تا تعادل میان ظرفیت و دوام حفظ شود.
پیشرفتها در این حوزه تدریجی بودهاند، نه انقلابی. از حدود سال ۲۰۲۳ برخی شرکتها استفاده محدود از سیلیکون، در بازه پنج تا ده درصد، را در آند باتری آغاز کردند. این تغییرات کوچک امکان افزایش نسبی ظرفیت بدون افزایش ضخامت را فراهم ساخت. در سالهای ۲۰۲۴ و ۲۰۲۵، بهویژه میان برندهای چینی، سهم سیلیکون افزایش یافت و باتریهای ۶۰۰۰ میلیآمپرساعتی در گوشیهای باریک رایجتر شدند.
اکنون دستگاههایی با ظرفیت ۷۰۰۰ و حتی ۸۰۰۰ میلیآمپرساعت بدون عبور از ضخامت ۸ میلیمتر وارد بازار شدهاند. علاوه بر تکنو، مدلهایی مانند آنر پاور با باتری ۸۰۰۰ میلیآمپرساعتی در بدنهای کمتر از ۸ میلیمتر و آیکو Z11 توربو با ظرفیت ۷۶۰۰ میلیآمپرساعت و ضخامت ۸.۱ میلیمتر معرفی شدهاند. همچنین Magic V5 در میان گوشیهای تاشو، با باتری بالای ۶۰۰۰ میلیآمپرساعت، از همین فناوری بهره میبرد.
در مقابل، برندهایی مانند اپل و سامسونگ هنوز به ظرفیتهای ۸۰۰۰ میلیآمپرساعتی در محصولات اصلی خود نرسیدهاند. تمرکز این شرکتها بر پایداری بلندمدت، ایمنی و عمر چرخهای باتری عنوان میشود. همزمان، مسائلی نظیر مدیریت حرارت در شارژ سریع، هزینه مواد پیشرفته و الزامات سختگیرانه حملونقل بینالمللی میتواند سرعت پذیرش گسترده این فناوری را تعیین کند.
