بطاريات السيليكون-كربون في الهواتف الذكية: شرح مُبسط

شغّلت بطاريات الليثيوم أيون أجهزتنا لأكثر من 3 عقود، وهي في تطور مستمر. لكن هذه التقنية قد وصلت إلى حدّها الأقصى في سعة الشحن، ما يستدعي البحث عن بديل. وهنا يأتي دور بطاريات السيليكون-كربون (Silicon Carbon). تتميز هذه البطاريات بكثافة أعلى وقدرة أكبر على الاحتفاظ بالشحن، مما يمهد الطريق لأجهزة تدوم لفترة أطول مع الحفاظ على حجمها الحالي أو حتى تصغيره. إليك كل ما تحتاج معرفته عنها. تُعتبر بطاريات السيليكون-كربون من أهم التطورات في مجال تكنولوجيا البطاريات، حيث توفر حلاً لمشكلة استهلاك الطاقة المتزايد في الأجهزة الذكية الحديثة. تتميز هذه البطاريات، مقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون، بقدرتها على تخزين طاقة أكبر بنسبة قد تصل إلى 40%، وهذا يعني عمر بطارية أطول بكثير. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر بطاريات السيليكون-كربون أداءً أفضل في درجات الحرارة المنخفضة، مما يجعلها مثالية للاستخدام في مختلف البيئات.

ما هي بطاريات السيليكون-كربون؟

تُعتبر بطاريات السيليكون-كربون أحدث ابتكار في مجال الأجهزة المحمولة التي تعمل بالبطاريات، وتُستخدم بشكل أساسي في الهواتف الذكية. تتميز هذه البطاريات بكثافة طاقة أعلى من بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion)، حيث تحمل شحنة أكبر في القطب الموجب (الأنود)، مع أبعاد مماثلة أو حتى أقل سمكًا من بطاريات الليثيوم أيون التقليدية.

بفضل تقنية بطاريات السيليكون-كربون، يمكن للمصنعين تضمين بطاريات ذات سعة أكبر في أجهزتهم دون المساومة على الحجم الكلي للجهاز. ونظرًا لكثافتها، يمكن لهذه البطاريات تخزين شحنة أكبر بنسبة 25% تقريبًا. فعليًا، يمكن لبطارية سيليكون-كربون بنفس أبعاد بطارية Li-ion بسعة 5,000 مللي أمبير في الساعة أن توفر طاقة تصل إلى 6,200 مللي أمبير في الساعة.

في حين أن الحد الأقصى للكثافة النظرية لبطاريات الليثيوم أيون يبلغ حوالي 387 واط في الساعة/كجم، فإن بطاريات السيليكون-كربون يمكنها تجاوز هذا الحد لتصل إلى 600 واط في الساعة/كجم. يستطيع السيليكون النقي استيعاب 3500 واط في الساعة/كجم، لكن هذا يؤدي إلى تمدد سريع. لذلك، يتم إدخال الكربون لتحقيق استقرار المادة.

كيف تعمل بطاريات السيليكون-كربون؟

على الرغم من الاسم، فإن المبادئ الأساسية لبطاريات السيليكون-كربون (Silicon Carbon) تبقى دون تغيير. لا تزال تنقل أيونات الليثيوم إلى الكاثود لإنتاج الشحنة. ومع ذلك، بدلاً من استخدام أنود الجرافيت، تستخدم هذه البطاريات مركب السيليكون-كربون. نظرًا لكونه أكثر كثافة ويحمل شحنة أكبر، فإن الحجم الكلي يبقى كما هو بينما تزداد السعة. تُعرف هذه التقنية أيضاً ببطاريات ليثيوم أيون المُحسّنة.

يكمن سبب زيادة كثافة بطاريات السيليكون-كربون في اختلاف العناصر المستخدمة في صنع الأنود. في بطاريات Li-ion، يتم تخزين أيونات الليثيوم في أنود الجرافيت، وتنزلق بشكل أساسي بين طبقات الجرافين. أقصى عدد من أيونات الليثيوم التي يمكن للجرافين حملها هي بنسبة 1:6. أما مركب السيليكون-كربون فيمكنه تخزين 15 ذرة ليثيوم لكل 3 ذرات سيليكون، مما يُعزز من كفاءة تخزين الطاقة.

إذا لم تكن على دراية بكيفية عمل البطارية، فإن أيونات الليثيوم المخزنة في الأنود تنتقل إلى الكاثود، والذي عادةً ما يكون مصنوعًا من أكاسيد معدنية قائمة على الليثيوم، وغالبًا أكسيد الكوبالت الليثيوم. عند استخدام جهازك، تنتقل الأيونات من الأنود إلى الكاثود، مما ينتج الطاقة اللازمة لعمل جميع المكونات.

ومع ذلك، عند توصيل هاتفك بالشحن، فإن تيار الشاحن يجبر أيونات الليثيوم في الكاثود على الانتقال إلى الأنود. تبقى الخصائص العامة لكل من بطاريات Li-ion وبطاريات السيليكون-كربون كما هي – فهي تدوم لأكثر من ألف دورة شحن دون تأثير الذاكرة وهي خفيفة الوزن. هذا التطور يُمهد الطريق لتقنيات شحن أسرع وأكثر كفاءة.

مزايا بطاريات السيليكون-كربون

تتمثل الميزة الرئيسية في أنه نظرًا لكون مركب السيليكون-كربون أكثر كثافة، يمكن للمصنعين تخزين طاقة أكبر في خلية نحيفة نسبيًا. ونظرًا لاستخدام بطاريات السيليكون-كربون أنودًا من السيليكون-كربون، فإن عدم وجود طبقات الجرافيت يعني أنها تشحن بشكل أسرع بكثير وبكفاءة عالية عند حوالي 80 واط أو أكثر بدون تكوين متعدد الخلايا.

وأخيرًا وليس آخرًا، بفضل البطاريات الأكثر كثافة التي تحمل شحنة أكبر، يمكن للمصنعين صنع بطاريات أكبر أو استخدام بطاريات ذات سعة أكبر في الأجهزة ذات الهياكل الأصغر حجمًا أو أنحف. وهذا يضمن عدم اضطرار المستخدمين إلى التنازل عن ديناميكيات التصميم.

يُعد OPPO Find N5 مثالًا رائعًا حيث تمكنت الشركة من تقليل سمك الجهاز مع زيادة سعة البطارية الإجمالية بنسبة هائلة تبلغ 15% (4,850 مللي أمبير في الساعة مقابل 5,600 مللي أمبير في الساعة)

السيليكون-كربون مقابل الليثيوم-أيون: ما هي الاختلافات؟

من أهم الاختلافات بين بطاريات السيليكون-كربون وبطاريات الليثيوم-أيون هي مادة الأنود. تستخدم بطاريات الليثيوم-أيون الجرافيت، الذي تحسنت قدرته على الاحتفاظ بالشحن منذ طرح بطاريات الليثيوم-أيون. ومع ذلك، فإن كثافة الجرافيت أقل بكثير من كثافة السيليكون-كربون، كما أن الشحن السريع يتطلب تصميمًا متعدد الخلايا. إليك جدولًا لفهم الاختلافات.

ما الفرق بين كربيد السيليكون وسيليكون الكربون؟

قد تصادف استخدام البعض لهذين المصطلحين بالتبادل، وهو أمر مفهوم إذا لم يكونوا على دراية بالتقنية المستخدمة. ولكن من المثير للدهشة أن نرى MKBHD يقع في نفس الخطأ في مراجعته لهاتف Galaxy S25 Ultra، خاصةً أنه يراجع السيارات الكهربائية أيضًا. بينما يرتبط كل من سيليكون الكربون وكربيد السيليكون بالبطاريات والشحن، إلا أنهما شيئان مختلفان تمامًا.

يستخدم سيليكون الكربون في البطاريات، بينما يستخدم كربيد السيليكون بشكل أساسي في مصادر الطاقة مثل الشواحن والمحولات وغيرها من الملحقات. يتماشى كربيد السيليكون بشكل أكبر مع نيتريد الغاليوم أو GaN كما يُطلق عليه في الصناعة، والذي يُستخدم بشكل أساسي في شواحن الهواتف الذكية. وعند توسيع نطاق استخدامه لتلبية احتياجات إمدادات الطاقة الصناعية أو الشواحن السريعة للسيارات، يُستخدم كربيد السيليكون نظرًا لقدرته الاستثنائية على التعامل مع الجهد العالي والتوصيل الحراري الأفضل.

الهواتف التي تستخدم بطاريات السيليكون-الكربون

انتقلت العديد من علامات الهواتف الذكية مثل OnePlus و Xiaomi و Realme و OPPO و Honor إلى بطاريات السيليكون-الكربون. يتضمن ذلك أحدث إصدارات OnePlus 13 ببطارية بسعة 6,000 مللي أمبير في الساعة على الرغم من كونه أنحف بكثير من سابقه. وبالمثل، يتميز هاتف Tecno Spark Slim ببطارية بسعة 5200 مللي أمبير في الساعة على الرغم من سمكه الذي يبلغ 5.75 مم فقط، وذلك بفضل هذه التقنية الجديدة. ويُعد OPPO Find N5 مثالاً رائعاً آخر حيث استفادت الشركة من بطاريات السيليكون-الكربون لإنشاء هاتف قابل للطي رقيق بشكل لا يصدق.

بينما تمهد الشركات المصنعة الصينية الطريق حاليًا، سيستغرق الأمر عامًا أو عامين على الأقل حتى تصل بطاريات السيليكون-الكربون إلى أمثال هواتف Pixels و Samsung. من المؤسف أن هاتف Galaxy S25 Edge القادم لن يتميز بهذه التقنية للبطاريات، وكان من الأفضل لشركة Samsung تأجيل الإطلاق لهذا السبب. ومع ذلك، تشير التقارير إلى أن الشركة الكورية العملاقة قد تستخدمها بدءًا من العام المقبل.

هل بطاريات السيليكون-الكربون أقل تلويثاً؟

على الرغم من رغبتنا في استكشاف الفوائد البيئية لبطاريات السيليكون-الكربون مقارنةً ببطاريات الليثيوم-أيون (Li-Ion)، إلا أن المعلومات المتاحة لدعم هذه الفوائد محدودة. من ناحية، يتوفر السيليكون بكثرة في كل مكان، مما يجعله صديقاً للبيئة. ومع ذلك، يتطلب تصنيع هذه البطاريات استخدام السيليكا بأعلى درجات النقاء، وهو ما يتطلب كميات كبيرة من الطاقة.

علاوة على ذلك، لا تزال هذه التقنية تعتمد على الليثيوم والكوبالت، ويتطلب استخراجهما كميات هائلة من المياه. لذلك، في حين أن بطاريات السيليكون-الكربون قد تكون أفضل قليلاً بالنسبة للبيئة، إلا أنها ليست جيدة تماماً.

ما رأيك في بطاريات السيليكون-الكربون؟ شاركنا رأيك في التعليقات أدناه.

لا توجد عيوب رئيسية لبطاريات السيليكون-الكربون من جانب المستهلك. تكمن معظم التحديات في جانب الشركات المصنعة، مثل السعر، ومشاكل التمدد المحتملة، واعتماد السوق، وغيرها. ويتم التعامل مع هذه التحديات بشكل جيد للغاية حتى الآن.

لا توجد أدلة كافية من العالم الحقيقي تشير إلى أن بطاريات السيليكون-الكربون تدوم لفترة أطول من نظيراتها من بطاريات الليثيوم-أيون. من الناحية النظرية، يجب أن تدوم لفترة أطول نظرًا لاستقرارها الحراري الأفضل.

في حين أن السبب الرئيسي هو أن هذه التقنية جديدة نسبيًا، إلا أن شركة Samsung تتوخى الحذر لأنها تبيع عددًا أكبر بكثير من الهواتف الذكية. تريد الشركة اختبار التكنولوجيا بشكل مكثف لضمان السلامة.