باتری سیلیکون کربن چیست؟ چه گوشی‌هایی این باتری را دارند؟

باتری سیلیکون کربن یا همان باتری های Si/C یکی از پیشرفت های جذاب و کاربردی در تکنولوژی است که انتظار می رود به سلطه ۳۰ ساله باتری های لیتیومی در صنعت انرژی پایان دهد. در این مقاله از پلازا قرار است در مورد اینکه باتری سیلیکون کربن چیست و چه کاربرد هایی دارد و گوشی هایی که با این باتری عرضه شده اند، صحبت کنیم.

تامین انرژی مورد نیاز به کمک باتری ها، یکی از دغدغه های اصلی تمامی طراحان قطعات الکترونیکی است. باید گفت فناوری ساخت این باتری‌ها در چند سال گذشته پیشرفتی نداشته است. شرایط باتری در خیلی از خودرو ها و یا دستگاه های مختلف در حدود ۳۰ سالی است که ثابت مانده و از باتری های لیتیومی برای این منظور استفاده می شود. همینطور نوع جدید تر این باتری ها، یعنی باتری های لیتیوم یونی، بیش از ۱۰ سال است که در گوشی های تلفن همراه استفاده می شوند و کسی به فکر تغییر آنها نبوده است. اما اکنون با ورود فناوری جدید باتری سیلیکون کربن، شرایط فرق کرده و شرکت هایی مانند آنر در حال آزمایش این نوع از باتری ها هستند. در ادامه در مورد اینکه اصلا این باتری ها چه هستند و چطور کار می کنند صحبت خواهیم کرد.

فهرست مطالب

باتری سیلیکون کربن چیست؟

باتری Silicon-Carbon، که به صورت Si/C نیز نمایش داده می شود، نوعی باتری است که از ترکیب سیلیکون و کربن در ساختار الکترود های خود استفاده می کند. این باتری ها به عنوان یک جایگزین پیشرفته برای باتری های لیتیوم-یونی معمولی شناخته می شوند. دلیل این موضوع استفاده از سیلیکون است که به عنوان ماده ای با ظرفیت بالاتر نسبت به گرافیت شناخته شده و در نتیجه می تواند انرژی بیشتری ذخیره کند. ترکیب سیلیکون و کربن در این باتری ها به بهبود عملکرد باتری کمک کرده و موجب افزایش ظرفیت انرژی، طول عمر بیشتر و کاهش وزن باتری می شود.

باتری های سیلیکون کربن برای اولین بار در اوایل دهه ۲۰۱۰ معرفی شدند. یکی از اولین پیشرفت های مهم در این حوزه در سال ۲۰۱۱ توسط محققان دانشگاه استنفورد انجام شد. تیم تحقیقاتی دانشگاه استنفورد موفق به توسعه یک نوع جدید از باتری های لیتیوم-یونی با استفاده از سیلیکون به عنوان یکی از مواد الکترود شدند. این تحقیق نشان داد که ترکیب سیلیکون با مواد دیگر مانند کربن می تواند به طور قابل توجهی ظرفیت و عمر باتری ها را افزایش دهد. به دنبال این پیشرفت ها، شرکت های مختلف فناوری و تولید کنندگان باتری شروع به تحقیق و توسعه باتری های سیلیکون کربن کردند و به تدریج این فناوری به بازار وارد شد.

اولین تلاش های انجام گرفته برای ورود سیلیکون داخل باتری ها به تولید باتری های سیلیکونی انجامید اما این باتری‌ها مشکلات متعددی داشتند؛ یکی از چالش های اصلی این باتری ها، تغییرات حجمی زیاد سیلیکون هنگام شارژ و دشارژ شدن است که می تواند به تخریب سریع الکترود و کاهش عمر مفید باتری منجر شود. برای حل این مشکل، ترکیب سیلیکون با کربن به کار گرفته می شود. کربن به عنوان یک ماده ی پایدار و رسانا، تغییرات حجمی سیلیکون را کنترل کرده و استحکام مکانیکی الکترودها را افزایش می دهد. این ترکیب باعث می شود که باتری سیلیکون کربن عملکرد بهتری در مقایسه با باتری های لیتیوم یونی معمولی داشته باشد و از نظر آسیب پذیری نیز در شرایط ایده آلی قرار داشته باشد.

همینطور موضوع دیگری که در مورد باتری سیلیکون کربن باید در نظر داشت و یکی از عوامل موفقیت آن به شمار می رود، دمای عملیاتی با رنج بسیار وسیع تر می باشد. در باتری های لیتیوم یونی، رنج دما بسیار مهم بوده و در صورتی که باتری بیش از حد مجاز داغ شده و یا در فضای سرد با دمای منفی قرار بگیرد، عمر کمتری خواهد داشت. اما در مورد باتری های سیلیکون کربنی به هیچ عنوان اینطور نیست و رنج دمای عملیاتی آنها، بخصوص در دماهای زیر صفر بسیار بالاتر است.

باتری های سیلیکون کربن به تازگی وارد صنعت گوشی های هوشمند شده‌اند. برند آنر تحقیقاتی را برای استفاده از این باتری در گوشی ها خود انجام داده است و مدل هایی را با این باتری روانه بازار کرده است. همینطور کاربرد دیگر این باتری ها در خودرو سازی است که شرکت مرسدس بنز برای این کار پیشگام شده و در خودرو های اس یو وی اولترا لاکچری کلاس G خود، از این باتری ها استفاده کرده است. در حال حاضر باتری سیلیکون کربن نسل دوم، گزینه ای است که در موارد به کار گرفته می شود. در ادامه در مورد اینکه نسل های مختلف باتری سیلیکون کربن به چه صورت هستند بیشتر صحبت خواهیم کرد.

نسل های باتری سیلیکون کربن چطور است؟

نسل اول باتری های سیلیکون کربن به عنوان اولین تلاش ها برای جایگزینی گرافیت با سیلیکون در الکترودهای باتری های لیتیوم یونی شناخته می شود. در این نسل الکترودها از ترکیب ساده ای از سیلیکون و کربن ساخته شدند که هدف اصلی آن افزایش ظرفیت ذخیره سازی انرژی بود. با این حال، این نسل از باتری ها با چالش های زیادی مواجه بودند؛ از جمله تغییرات حجمی شدید سیلیکون در حین چرخه های شارژ و دشارژ که منجر به ترک خوردگی و کاهش عمر مفید باتری می شد. همچنین مشکل ایجاد یکپارچگی پایدار بین سیلیکون و کربن، منجر به کاهش کارایی باتری ها در استفاده های طولانی مدت شد. به همین دلیل، نیاز بود تا تغییرات عمده ای در ساختار و سلول های این باتری ها انجام شود.

نسل دوم باتری های سیلیکون کربن با بهبود های قابل توجهی نسبت به نسل اول معرفی شدند. در این نسل، از تکنیک های پیشرفته تر برای ترکیب سیلیکون و کربن استفاده شده است که منجر به افزایش استحکام مکانیکی و پایداری الکترودها می‌شود. این تکنیک‌ها چگالی این باتری ها را نیز افزایش داده و از باتری های لیتیوم یونی بالاتر برد. این بهبود ها شامل استفاده از نانو مواد سیلیکونی و پوشش های کربنی پیشرفته تر است که باعث کاهش تغییرات حجمی سیلیکون و افزایش مقاومت الکترودها در برابر شکستگی می شود.

به همین دلیل، باتری های نسل دوم از عمر طولانی تر، ظرفیت بیشتر، و کارایی بهتر برخوردار هستند و توانسته اند مشکلات اصلی نسل اول را تا حد زیادی حل کنند. این پیشرفت ها موجب شده است که باتری های سیلیکون کربن نسل دوم کاربردهای گسترده تری در صنعت پیدا کنند و در محصولاتی که نیاز به انرژی بالا و طول عمر زیاد دارند به کار گرفته شوند. در ادامه در مورد اینکه چگالی باتری به چه معناست و شرایط آن در باتری سیلیکون کربن چطور است توضیحاتی را ارائه می کنیم.

چگالی باتری های سیلیکون کربن

چگالی باتری به میزان انرژی ذخیره شده در یک حجم یا جرم مشخص از باتری اشاره دارد و به دو صورت چگالی انرژی حجمی و چگالی انرژی وزنی اندازه گیری می شود. چگالی انرژی حجمی مقدار انرژی قابل ذخیره در یک واحد حجم از باتری است، در حالی که چگالی انرژی وزنی به مقدار انرژی ذخیره شده در واحد وزن باتری اشاره دارد. این ویژگی از اهمیت زیادی برخوردار است؛ زیرا باتری هایی با چگالی انرژی بالاتر می توانند انرژی بیشتری در حجم یا وزن کمتری ذخیره کنند، که این امر برای کاربردهایی مانند گوشی های موبایل، دیوایس ها و تجهیزات پوشیدنی و همینطور خودرو های برقی بسیار حیاتی است.

در مورد چگالی باتری های سیلیکون کربن باید گفت که میزان بالای چگالی این باتری ها یکی از مزایای اصلی آنها محسوب می شود. سیلیکون به دلیل ظرفیت بالای خود برای ذخیره لیتیوم، می تواند چگالی انرژی بسیار بیشتری نسبت به گرافیت که در باتری های لیتیوم یونی معمولی استفاده می شود، فراهم کند. با ترکیب سیلیکون و کربن در الکترودها، باتری های سیلیکون کربن قادر به ذخیره انرژی بیشتری در حجم یا وزن مشخص هستند. این ویژگی باعث می شود که این باتری ها نه تنها حجم کمتری اشغال کنند بلکه وزن کمتری نیز داشته باشند، در حالی که انرژی بیشتری ارائه می دهند.

این مزیت به ویژه در دستگاه های نیازمند به انرژی بالا و وزن سبک، مانند موبایل‌ها، از اهمیت زیادی برخوردار است. همینطور این امکان را به سازندگان دستگاه های مختلف می دهد که در همان فضای موجود، از باتری استفاده کنند که ظرفیت بسیار بیشتری داشته باشد. در صورت رواج پیدا کردن و متداول شدن مصرف این نوع باتری، شاهد گوشی ها و دیوایس هایی با ظرفیت های باتری بسیار بالاتر خواهیم بود.

مزایای استفاده از باتری سیلیکون کربن چیست؟

تمامی مواردی که تا به اینجا با هم بررسی کردیم، نوید این را به ما می دهد که باتری سیلیکون کربن قرار است مزایای بیشماری را به همراه داشته باشد و به طور کلی برتری های قابل توجهی نسبت به باتری های لیتیوم یونی و پلیمر لیتیوم موجود در بازار دارد. در این بخش می خواهیم در مورد این مزیت ها صحبت کنیم و ببینیم که واقعا تکنولوژی سیلیکون کربن می تواند چه مزیت هایی را در اختیار ما بگذارد. اگر بخواهیم از این موارد یک لیست داشته باشیم، فهرست ما به این صورت در خواهد آمد:

• ظرفیت بالاتر ذخیره انرژی: باتری سیلیکون کربن به دلیل استفاده از سیلیکون در الکترودها، می توانند انرژی بیشتری نسبت به باتری های معمولی ذخیره کنند که منجر به دوام طولانی تر شارژ می شود.
• وزن و حجم کمتر: این باتری ها به دلیل چگالی انرژی بالاتر، می توانند وزن و حجم کمتری داشته باشند و همچنان انرژی بالایی ارائه دهند، که این امر در دستگاه های قابل حمل و خودروهای الکتریکی بسیار مهم است.
• طول عمر بیشتر: ترکیب کربن با سیلیکون در این باتری ها موجب کاهش تخریب الکترود ها و افزایش تعداد چرخه های شارژ و دشارژ می شود، که به معنی عمر طولانی تر باتری است.
• کارایی بهتر در دما های مختلف: باتری های سیلیکون کربن نسبت به تغییرات دمایی مقاوم تر هستند و می توانند در دما های بالا یا پایین عملکرد بهتری نسبت به باتری های معمولی داشته باشند.
• بهبود سرعت شارژ: این باتری ها با توانایی جذب سریع تر لیتیوم، می توانند با سرعت بیشتری شارژ شوند، که این ویژگی برای کاربرانی که نیاز به شارژ سریع دارند، بسیار مهم است.
• کاهش اثرات محیطی: باتری های سیلیکون کربن به دلیل استفاده از مواد قابل بازیافت و کاهش نیاز به منابع کمیاب مانند کبالت، اثرات محیطی کمتری نسبت به باتری های لیتیوم یونی دارند.
• ایمنی بالاتر: با بهبود ساختار الکترودها و کاهش تغییرات حجمی سیلیکون، خطر بروز مشکلاتی مانند آتش سوزی و انفجار در این باتری ها به اندازه قابل توجهی کاهش می یابد.
• کاهش هزینه های طولانی مدت: به دلیل عمر طولانی تر و نیاز کمتر به تعویض باتری، استفاده از باتری سیلیکون کربن می تواند در بلند مدت هزینه های نگهداری و جایگزینی باتری را تا حد قابل قبولی کاهش دهد.

هزینه تمام شده برای باتری سیلیکون کربن

هزینه تمام شده برای باتری های سیلیکون کربن در مقایسه با باتری های لیتیوم یونی معمولی معمولاً بالاتر است. این افزایش هزینه به دلیل استفاده از مواد پیشرفته تری مانند سیلیکون در الکترودها و فرآیندهای تولید پیچیده تر است. سیلیکون به عنوان ماده ای با ظرفیت بالاتر برای ذخیره لیتیوم، نیاز به تکنولوژی های خاصی برای ترکیب با کربن دارد که می تواند منجر به افزایش هزینه تولید آن شود. همچنین، به دلیل نیاز به توسعه و بهینه سازی روش های تولید، قیمت نهایی این باتری ها همچنان در مراحل ابتدایی بالاتر خواهد بود.

با این حال در مقایسه با باتری های لیتیوم یونی، باتری های سیلیکون کربن در بلند مدت ممکن است اقتصادی تر باشند. به دلیل طول عمر بیشتر و ظرفیت بالاتر انرژی، این باتری ها می توانند نیاز به تعویض مکرر باتری ها را کاهش دهند، که در نهایت باعث صرفه جویی در هزینه های کاربران می شود. همچنین با افزایش تولید و بهبود فرآیندهای تولید، انتظار می رود که هزینه های تولید باتری های سیلیکون کربن در آینده کاهش یابد و تفاوت قیمت با باتری های لیتیوم یونی کمتر شود.

در حال حاضر تفاوت قیمت بین این دو نوع باتری، به کاربری و نیاز های خاص کاربران بستگی دارد. برای برخی از کاربرد ها، مانند دستگاه های الکترونیکی پیشرفته یا خودرو های الکتریکی که نیاز به باتری با عمر طولانی تر و کارایی بهتر دارند، هزینه اضافی باتری های سیلیکون کربن می تواند توجیه پذیر باشد. با این حال برای کاربرد های معمولی که هزینه اولیه مهم تر است، باتری های لیتیوم یونی همچنان گزینه ای مقرون به صرفه تر محسوب می شوند.

گوشی های داراری باتری سیلیکون کربنی کدامند؟

یکی از مهمترین سوالاتی که می توانیم در مورد ظهور باتری های سیلیکون کربن از خود بپرسیم این است که آیا این باتری ها به صورت عملیاتی روی دیوایس هایی که ما می شناسیم قرار گرفته و آزمایش شده اند؟ در این مورد باید گفت که آنر برای این کار پیشگام شده است و در حال تست کردن این باتری ها به صورت گسترده روی گوشی های پرچمدار خود می باشد. آنر دو مدل گوشی را برای این منظور انتخاب کرده است که هر دوی آنها از بهترین های این برند به شمار می روند.

گوشی آنر مجیک ۶ پرو یکی از گوشی های پیشرفته و پرچمدار شرکت Honor است که با طراحی خاص و ویژگی های فنی برجسته عرضه شده است. این دستگاه از نمایشگر OLED با نرخ تازه سازی ۱۲۰ هرتز بهره می برد که تجربه بصری فوق العاده ای را ارائه می دهد. همینطور دوربین های پرمیوم این گوشی (دو دوربین ۵۰ و یک ۱۸۰ مگاپیکسلی) با استفاده از تکنولوژی های پیشرفته عکاسی، امکان ثبت تصاویر با کیفیت بالا را فراهم می کنند و در آخر، پردازنده قدرتمند اسنپدراگون ۸ نسل ۳ که برای پردازش های هوش مصنوعی بهینه سازی شده، عملکرد سریع و روانی را تضمین می کند. این گوشی به صورت رسمی با یک باتری لیتیوم یونی در بازار جهانی عرضه شد، اما نسخه هایی که در بازار چین عرضه شدند یک باتری سیلیکون یونی ۵۶۰۰ میلی آمپری را ارائه می دادند.

همینطور گوشی آنر مجیک V2 نیز یکی دیگر از دیوایس های آنر برای این آزمایش بوده است. این گوشی یکی از گوشی های تاشو پیشرفته با طراحی شگفت انگیز و مشخصات خوب و بالاست که معمولا بخاطر نازک بودن آن با وجود تاشو بودن شناخته می شود. این گوشی از نمایشگر داخلی بزرگ و انعطاف پذیر AMOLED با کیفیت بالا بهره می برد که در حالت باز، تجربه ای مشابه با تبلت ارائه می کند. همینطور نمایشگر خارجی آن به شما امکان استفاده از گوشی به صورت عادی و بدون نیاز به باز کردن دستگاه را می دهد. دوربین های قدرتمند، پردازنده ی سریع، و باتری با ظرفیت بالا از دیگر ویژگی های مهم این گوشی تاشو هستند.

باتری این گوشی نیز از نوع سیلیکون کرن بوده که توانسته خود را به خوبی ثابت کند. این گوشی و باتری خاص آن در بازار کشور های اسکاندیناوی عرضه شده و بازدهی خوبی را در دماهای زیر صفر، جایی که باتری های لیتیومی کم می آورند و توان ادامه دادن ندارند، از خود نشان داده است.

نتیجه گیری

در این مقاله با هم به بررسی باتری سیلیکون کربن پرداختیم و دیدیم که این باتری ها در واقع با استفاده از ترکیبی شامل سیلیکون و کربن، توانسته اند ظرفیت و چگالی را تا حد بسیار بالایی افزایش داده و مزیت های متنوعی را ایجاد کنند. این باتری ها به صورت موردی در گوشی های آنر مجیک ۶ پرو و همینطور مجیک V2 تست شده اند و در حال آزمایش و عرضه به بازار هستند. از نظر هزینه، به دلیل نوپا بودن صنعت تولید باتری سیلیکون کربن، شاهد قیمت بالاتر این باتری ها نسبت به باتری های لیتیوم یونی هستیم که البته در طول زمان این هزینه ها کاهش خواهد داشت. در صورتی که در مورد این باتری ها نظری داشتید، خوشحال می شویم آن را با ما و سایر کاربران در میان بگذارید.