آیفون ۱۷ ایر و باتری سیلیکون-کربن؛ راز طراحی فوق باریک و عمر باتری

گوشی‌ هایی با طراحی‌ های باریک‌ تر در حال حاضر محبوبیت زیادی پیدا کرده‌اند. اما در حالی که معمولاً گوشی‌ های باریک از عمر باتری ضعیفی رنج می‌برند، باتری‌ هایی با آندهای سیلیکون-کربن به حل این مشکل کمک می‌کنند.

باتری سیلیکون-کربن چیست و چرا اپل به آن روی آورده است؟

به گزارش بخش اخبار فناوری زوم تک  ، در گذشته، ساخت یک گوشی باریک به معنای استفاده از یک باتری نازک‌تر و ضعیف‌ تر بود. اما یک گوشی باریک با عمر باتری ضعیف چه فایده‌ای دارد؟ به نظر می‌رسد فناوری جدید باتری‌ های سیلیکون-کربن پاسخ این پرسش باشد.

این فناوری که دهه‌ هاست در حال تحقیق است، به‌ تدریج در حال ظهور است و قبلاً در محصولات برجسته‌ای استفاده شده. ردیاب‌ های تناسب اندام Whoop از سال ۲۰۲۱ از یک باتری سیلیکون-کربن بهره می‌برند. برندهای گوشی چینی مانند شیائومی و آنر به‌تازگی از این فناوری در گوشی‌ های خود استفاده کرده‌اند؛ وان‌پلاس آن را در وان‌ پلاس ۱۳ به کار گرفته و حتی ناتینگ نیز آن را در گوشی جدید ناتینگ ۳ خود پذیرفته است. تاکنون، کاربرد این فناوری بر اساس نوع طراحی بدنه تقسیم شده است؛ گوشی‌ های تاشو از طراحی‌ های نازک‌ تر و گوشی‌ های معمولی از ظرفیت باتری بزرگ‌ تر بهره می‌برند.

انتظار می‌رود اپل این هفته از آیفون ۱۷ ایر رونمایی کند و طبق شایعات، ضخامت آن تنها ۵.۵ میلی‌ متر خواهد بود که آن را به باریک‌ ترین آیفون تاریخ تبدیل می‌کند. این شرکت احتمالاً از یک باتری سیلیکون-کربن استفاده می‌کند تا اطمینان حاصل کند عمر باتری آن به اندازه‌ای باشد که از یک آیفون مدرن انتظار می‌رود.

جنگ جدید بر سر باریک‌ ترین گوشی‌ ها

اکثر گوشی‌ ها ضخامتی بین ۸ تا ۹ میلی‌ متر دارند. سامسونگ گلکسی S25 اولترا ۸.۲ میلی‌متر، آیفون ۱۶ پرو مکس ۸.۲۵ میلی‌متر و گوگل پیکسل ۱۰ پرو ایکس‌ال ۸.۵ میلی‌متر ضخامت دارند. اما تولیدکنندگان گوشی به‌سرعت در حال کاهش میلی‌ مترها هستند و سال ۲۰۲۵ شاهد شکوفایی دستگاه‌ های فوق‌ باریک بوده است.

بهار امسال، سامسونگ گلکسی S25 اج را با ضخامت تنها ۵.۸ میلی‌ متر معرفی کرد. گلکسی زد فولد ۷ که اخیراً عرضه شده، در حالت باز تنها ۴.۲ میلی‌ متر ضخامت دارد، اما گوشی تاشوی سه‌گانه هواوی، یعنی میت XT آلتیمیت، با ضخامت ۳.۶ میلی‌متر در حالت باز از آن نیز باریک‌ تر است. برندهای کوچک‌ تری مانند تکنو نیز با رونمایی از یک گوشی فوق‌ باریک در کنگره جهانی موبایل ۲۰۲۵ و سپس معرفی یک گوشی با ضخامت ۵.۹۳ میلی‌ متر، وارد این رقابت شده‌اند.

این اولین باری نیست که تولیدکنندگان گوشی به دنبال باریک‌ ترین طراحی هستند. اوایل دهه ۲۰۱۰ نیز شاهد رقابتی مشابه از سوی همین شرکت‌ ها بودیم؛ در رویداد سپتامبر ۲۰۱۲ اپل، اولین کلمات درباره آیفون ۵ این بود که «باریک‌ ترین گوشی است که تا به حال ساخته‌ایم» و با ضخامت ۷.۶ میلی‌ متر، اپل تا آنجا پیش رفت که آن را باریک‌ ترین گوشی هوشمند جهان در آن زمان نامید. حتی بعد از آن نیز شاهد گوشی‌ های باریک‌ تری بودیم: اوپو R5 در سال ۲۰۱۴ تنها ۴.۸۵ میلی‌ متر ضخامت داشت.

باریک‌ ترین گوشی‌ های سال ۲۰۲۵

• هواوی میت XT آلتیمیت: ۳.۶ میلی‌ متر (در حالت باز) – دارای باتری سیلیکون-کربن
• آنر مجیک V5: ۴.۱ میلی‌ متر (در حالت باز) – دارای باتری سیلیکون-کربن
• سامسونگ گلکسی زد فولد ۷: ۴.۲ میلی‌ متر (در حالت باز) – فاقد باتری سیلیکون-کربن
• آیفون ۱۷ ایر: ۵.۵ میلی‌ متر (طبق شایعات) – نامشخص
• سامسونگ گلکسی S25 اج: ۵.۸ میلی‌ متر – فاقد باتری سیلیکون-کربن
• زی‌ تی‌ ئی نوبیا ایر: ۵.۹ میلی‌ متر – نامشخص
• تکنو اسپارک اسلیم: ۵.۹۳ میلی‌ متر – دارای باتری سیلیکون-کربن

در جنگ جدید باریک‌ ترین گوشی‌ ها، تنها تعداد کمی از این شرکت‌ ها تاکنون از باتری‌های سیلیکون-کربن استفاده کرده‌اند، مانند هواوی و آنر. به نظر می‌رسد سامسونگ محتاط‌تر عمل کرده و با استفاده از باتری استاندارد لیتیوم-یون، سعی در بهینه‌ سازی مصرف انرژی نمایشگر خود برای جبران ظرفیت کمتر باتری دارد. (با توجه به سابقه این شرکت در مورد باتری، این رویکرد قابل درک است.) اما این تغییرات کافی نبودند و عمر باتری مدل اج همچنان ناامیدکننده است.

پس دقیقاً باتری سیلیکون-کربن چیست و چگونه می‌تواند بر آیفون ۱۷ ایر تأثیر بگذارد؟

باتری سیلیکون-کربن چگونه کار می‌کند؟

در یک باتری لیتیوم-یون معمولی، یون‌ های لیتیوم هنگام استفاده از گوشی از آند به کاتد حرکت می‌کنند. هنگامی که دستگاه را شارژ می‌کنید، این یون‌ ها از کاتد به آند بازمی‌گردند. آند معمولاً از گرافیت ساخته شده است.

اصطلاح «باتری سیلیکون-کربن» در واقع یک نام نادرست است. این باتری‌ ها همچنان باتری‌ های لیتیوم-یون هستند؛ با این تفاوت که آند گرافیتی با آند سیلیکون-کربن جایگزین شده است. به گفته ریک لوب (Rick Luebbe)، مدیرعامل شرکت گروپ‌۱۴ (Group14)، یکی از شرکت‌ های پیشرو در زمینه باتری‌ های سیلیکونی، سیلیکون می‌تواند حدود ۱۰ برابر تعداد یون‌ های لیتیوم را نسبت به گرافیت در یک وزن مشخص ذخیره کند. دیگر بازیگران این حوزه شامل انواکس (Enovix)، سیلا نانوتکنولوژی (Sila Nanotechnologies) و نکسیون (Nexeon) هستند.

به گفته لوب، آند گرافیتی بسته به طراحی باتری، حدود ۶۰ درصد از فضای آن را اشغال می‌کند. آند سیلیکونی فضای کمتری را اشغال می‌کند و در نتیجه با گسترش کاتد، امکان دستیابی به چگالی انرژی بالاتر را فراهم می‌سازد.

شایان ذکر است که شرکتی مانند گروپ‌۱۴ یا سیلا در واقع خود باتری را نمی‌سازد؛ این آندهای سیلیکونی به عنوان یک محصول “drop-in” (مستقیماً قابل جایگزینی) شناخته می‌شوند. لوب می‌گوید: «ما تولیدکننده پودر هستیم؛ پودر سیاه جادویی.» پودر آند سیلیکون-کربن به تولیدکنندگان باتری مانند ای‌ تی‌ ال (ATL) که باتری‌ های گوشی‌ های هوشمند و لپ‌ تاپ را تولید می‌کند، ارسال می‌شود. یک شرکت مانند ای‌ تی‌ ال می‌تواند به سادگی پودر گرافیتی خود را بدون نیاز به هیچ گونه تغییر اساسی، با مخلوط سیلیکون-کربن جایگزین کند.

یک تولیدکننده گوشی می‌تواند یکی از دو رویکرد را در پیش بگیرد. می‌توانید ضخامت گوشی هوشمند خود را تقریباً مانند قبل نگه دارید، اما ظرفیت انرژی باتری را افزایش دهید، مانند وان‌ پلاس ۱۳. این کار می‌تواند عمر باتری طولانی‌ تری را تضمین کند. یا می‌توانید از آنجایی که باتری دیگر نیازی به بزرگ بودن ندارد، ظرفیت انرژی را تقریباً مانند مدل‌ های قبلی نگه داشته و از فضای ذخیره‌ شده برای باریک کردن گوشی استفاده کنید.

تولیدکنندگانی مانند آنر، وان‌ پلاس و ناتینگ از سیلیکون-کربن در جدیدترین گوشی‌ های معمولی خود استفاده می‌کنند. این دستگاه‌ ها تا حد زیادی ضخامت استاندارد خود را حفظ کرده و از ظرفیت باتری بیشتری بهره می‌برند. به عنوان مثال، وان‌ پلاس ۱۳ با باتری بزرگ‌ تر ۶۰۰۰ میلی‌آمپرساعتی از نسل قبلی خود باریک‌ تر است، اما ضخامت ۸.۵ میلی‌ متری آن هم‌ تراز با اکثر گوشی‌ های سنتی است.

اپل با برخی ملاحظات، رویکرد دوم را در پیش گرفته است. شایعات نشان می‌ دهند که ظرفیت باتری آیفون ۱۷ ایر حدود ۲۹۰۰ میلی‌آمپرساعت خواهد بود که کاهش زیادی نسبت به مدل‌های قبلی آیفون، به ویژه در اندازه صفحه‌ نمایش ۶.۶ اینچی، محسوب می‌شود. اما این شرکت ظاهراً با ترفندهای صرفه‌ جویی در مصرف انرژی، از جمله مودم کارآمدتر C1 اپل که اوایل سال جاری در آیفون ۱۶e عرضه شد، این کاهش را جبران می‌کند تا عمر باتری مشابه سایر آیفون‌ ها باشد.

چالش‌ های باتری سیلیکون-کربن چیست؟

مشکل اصلی باتری‌ های سیلیکونی این است که منبسط می‌شوند. به گفته لوب، وقتی سیلیکون خالص لیتیم‌ دار می‌شود، می‌تواند تا سه برابر حجم اولیه خود منبسط شود. باتری‌ های لیتیوم-یون نیز متورم می‌شوند؛ احتمالاً در مورد این مشکل شنیده‌اید یا حتی آن را تجربه کرده‌اید، زیرا می‌تواند به دلایل مختلفی رخ دهد. این به آن معناست که مشکلی پیش آمده و باتری اکنون یک خطر ایمنی است.

این مشکلی است که محققان و شرکت‌ ها برای حل آن دهه‌ ها زمان صرف کرده‌اند و راه‌ حل آن در بخش “کربن” نام آن نهفته است. در اینجا کمی فنی می‌شود – و هر شرکت تولیدکننده آند سیلیکونی فرآیند اختصاصی خود را دارد – اما لوب می‌گوید رویکرد گروپ‌۱۴ شروع با یک ماده کربنی متخلخل است. او توضیح می‌دهد: «یک اسفنج کربنی را تصور کنید، اما سوراخ‌ های آن به اندازه یک مولکول و کمتر از ۱۰ نانومتر هستند.» این سوراخ‌ ها با گاز سیلان (سیلیکون) پر می‌شوند، اما فقط تا نیمه. ذره‌ای که باقی می‌ماند از سیلیکون، کربن و فضای خالی تشکیل شده است. هنگامی که یون‌ های لیتیوم از کاتد به آند می‌روند و سیلیکون لیتیم‌ دار می‌شود، منبسط شده و فضای خالی ذره را پر می‌کند. به گفته او: «این کار انبساط را در سطح ذره کاهش می‌دهد، بنابراین باتری انبساط را حس نمی‌کند، باتری تثبیت می‌شود و عمر چرخه‌ای عالی به دست می‌آید. این بینش و نوآوری کلیدی است: یادگیری نحوه جذب این انبساط درونی، به طوری که از عملکرد شیمیایی و مکانیکی باتری جدا بماند.»

وینسنت شوریه (Vincent Chevrier) که به مدت ۱۵ سال در زمینه سیلیکون تحقیق کرده و شریک در شرکت مشاوره باتری سیکلیکال (Cyclikal) است، می‌گوید در حالی که سیلیکون به عنوان یک ماده برای استفاده در باتری‌ های لیتیوم-یون ماندگار است، اما هنوز چالش‌ هایی برای پذیرش گسترده‌ تر دارد که مهم‌ ترین آن هزینه است.

شرکت‌ هایی مانند گروپ‌۱۴ به جای سیلیکون جامد از گاز سیلان استفاده می‌کنند که عملکرد باتری بهتری را به همراه دارد، اما می‌تواند ۱۰ برابر گران‌ تر باشد. این می‌تواند فروش ترکیب آنها را به تولیدکنندگان باتری سخت‌ تر کند و قیمت محصولات الکترونیکی مصرفی را افزایش دهد. شایعات حاکی از آن است که قیمت آیفون ۱۷ ایر حدود ۱۰۹۹ دلار خواهد بود که یک افزایش ۲۰۰ دلاری بالقوه نسبت به آیفون ۱۶ پلاس است که قرار است جایگزین آن شود، اگرچه ممکن است عوامل دیگری مانند تعرفه‌ ها نیز بر قیمت آن تأثیر بگذارند.

شوریه همچنین می‌گوید اغلب می‌بیند که تولیدکنندگان سیلیکون-کربن ادعاهای مربوط به چگالی انرژی را بیش از حد واقعی نشان می‌دهند. برای مثال، گروپ‌۱۴ در وب‌ سایت خود می‌گوید باتری‌ های سیلیکونی آن می‌توانند تا ۵۰ درصد چگالی انرژی بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یون معمولی ارائه دهند. اما اگر این ماده فقط برای جایگزینی گرافیت استفاده شود و تغییرات دیگری در باتری ایجاد نشود، به احتمال زیاد تنها شاهد افزایش ۱۰ درصدی در چگالی انرژی خواهید بود. اما با طراحی مجدد سلول باتری، می‌توان افزایش تا ۳۰ درصدی را مشاهده کرد.

باتری‌ های سیلیکون-کربن همچنین عمر چرخه‌ای بدتری نسبت به گرافیت دارند. عمر چرخه‌ای به تعداد چرخه‌ های کامل شارژ تا تخلیه (صفر تا ۱۰۰ درصد) که یک باتری قبل از افت ظرفیت آن به زیر ۸۰ درصد طی می‌کند، اشاره دارد. از نظر بازدهی انرژی سیلیکون – میزان انرژی که در باتری ذخیره می‌شود و چه مقدار به صورت گرما از دست می‌رود – شوریه می‌گوید «انرژی بیشتری به گرما تبدیل می‌شود تا گرافیت.»

گرافیت می‌تواند به پتانسیل ۵۰۰۰ چرخه شارژ برسد، در حالی که ترکیب گروپ‌۱۴ حدود ۱۰۰۰ چرخه یا حدود ۳ سال عمر می‌کند، البته بستگی به میزان شارژ کامل گوشی دارد. با این حال، شوریه اشاره می‌کند که باتری‌ های فعلی با آند گرافیتی به ۵۰۰۰ چرخه شارژ نمی‌رسند، زیرا شرکت‌ هایی مانند اپل چگالی انرژی بالاتری را در آنها فشرده می‌کنند 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 مانند روز اول دوام نمی‌آورد. باتری‌ های آیفون ۱۶ می‌توانند ۸۰ درصد از ظرفیت خود را پس از ۱۰۰۰ چرخه شارژ حفظ کنند. تغییر به سیلیکون-کربن ممکن است لزوماً تفاوت زیادی در طول عمر باتری ایجاد نکند.

آینده‌ای پر از ویژگی‌ های جدید و پرمصرف

نکته مهمی که باید به خاطر داشت این است که با وجود پیشرفت‌ های سال‌ های اخیر در باتری‌ ها، از جمله آندهای سیلیکون-کربن، فناوری‌ های جدید هم‌زمان با هم از راه می‌رسند تا سهمی از آن قدرت اضافی را به خود اختصاص دهند. فهرست رو به رشد ویژگی‌ های هوش مصنوعی که به‌صورت محلی بر روی گوشی‌ ها اجرا می‌شوند، در حال افزایش است و به راحتی انرژی بیشتری را مصرف خواهند کرد.

در مورد آیفون ۱۷ ایر، اپل از مزیت صرفه‌ جویی در فضا توسط آندهای سیلیکون-کربن استفاده کرده و با یک طراحی باریک و سبک وزن آزمایش می‌کند تا ببیند آیا مصرف‌کنندگان آن را می‌پذیرند یا خیر، بدون اینکه به یک صفحه‌ نمایش کوچک‌ تر روی بیاورد. این می‌تواند زمینه‌ای برای یک آیفون تاشو در آینده نیز باشد – اپل می‌ خواهد مطمئن شود که ضخامت آن به طور چشمگیری از یک آیفون سنتی بیشتر نخواهد بود.

اینکه آیا این شرکت در ارائه مقدار مناسبی از عمر باتری در این طراحی موفق خواهد بود یا خیر، باید منتظر بمانیم تا بتوانیم آیفون ایر را از نزدیک بررسی کنیم.