بطارية السيليكون والكربون الموجبة!

في السنوات الأخيرة، ومع التأثير العميق للذكاء الاصطناعي، دخلت الهواتف الذكية تدريجيًا "عصر الذكاء الاصطناعي". من ناحية، يوفر الذكاء الاصطناعي للمستخدمين تجربة بسيطة وممتعة. من ناحية أخرى، تجعل قوة الحوسبة القوية والوظائف المختلفة للذكاء الاصطناعي الهواتف المحمولة تستهلك المزيد من الطاقة. حتى مع الزيادة المستمرة في سعة بطارية الهاتف المحمول والتكرار المستمر لتقنية الشحن السريع. لا تزال مشكلة "عدم كفاية الطاقة" تشكل عقبة أمام العديد من المستهلكين والمصنعين. بناءً على ذلك، أصبحت تقنية أنود السيليكون والكربون واحدة من أكثر حلول بطاريات الهواتف المحمولة شيوعًا في السنوات الأخيرة.

كما يوحي الاسم، تعمل تقنية أنود السيليكون والكربون على تحويل مواد أنود الجرافيت التقليدية إلى مواد أنود السيليكون والكربون ذات سعة نوعية أعلى. وبالتالي تعمل على تحسين كثافة طاقة البطارية وسعتها بشكل كبير لحل مشكلة عدم كفاية الطاقة. عندما يظل حجم الهاتف المحمول دون تغيير ويصبح استهلاك الطاقة أسرع. وبفضل الجهود الدؤوبة لممارسي الصناعة، تزدهر هذه التقنية الآن في العلامات التجارية الرئيسية للهواتف المحمولة. وقد تم الترويج لها حتى لأجهزة طرفية ذكية أخرى مثل الأجهزة اللوحية والأجهزة القابلة للارتداء. فيما يلي أشهر بطاريات أنود الكربون والسيليكون المتوفرة الآن.

تكنولوجيا بطارية القطب السالب المصنوعة من السيليكون والكربون

المبدأ الفني

تعتبر تقنية بطارية الأقطاب السالبة المصنوعة من السيليكون والكربون من تقنيات البطاريات الناشئة. وهي تهدف إلى تحسين كثافة الطاقة وسعتها من خلال الجمع بين مزايا مواد السيليكون ومواد الكربون. فيما يلي ملخص موجز لتقنية بطارية الأقطاب السالبة المصنوعة من السيليكون والكربون:

يعتمد مبدأ تقنية بطارية الأنود الكربوني بشكل أساسي على السعة النوعية النظرية العالية لمادة السيليكون وآلية تخزين الليثيوم الفريدة الخاصة بها. يتفاعل السيليكون مع الليثيوم لتكوين سبيكة بسعة نوعية نظرية تصل إلى 4200 مللي أمبير/جرام. وهذا أعلى بكثير من 372 مللي أمبير/جرام لمواد الجرافيت التقليدية. أثناء عملية الشحن والتفريغ، يخزن أنود السيليكون الليثيوم عن طريق تكوين مراحل سبيكة مختلفة مثل Li12Si7 وLi13Si4 وLi7Si3 وLi22Si5 مع الليثيوم. ومع ذلك، يمكن أن يتسبب السيليكون في تمدد وانكماش هائلين في الحجم أثناء عملية السبائك/إزالة السبائك، مما يؤدي إلى تدهور أداء البطارية. لحل هذه المشكلة، تعمل تقنية أنود السيليكون والكربون على تحسين مشكلة تمدد الحجم للمواد القائمة على السيليكون من خلال تقنية النانو وطلاء الكربون وما إلى ذلك. وهذا يمكن أن يحسن من أدائها. الموصلية وقد أصبحت المواد المركبة من السيليكون والكربون هي طريقة التحضير الأسرع تقدمًا في التصنيع. لأنها تتمتع بمزايا مثل الاستقرار الجيد والتغير الصغير في الحجم والتوصيل الكهربائي الممتاز.

المزايا التقنية

بعد إدخال تكنولوجيا بطارية أنود السيليكون والكربون، فإنها تجلب المزايا التالية بشكل أساسي. أولاً، تعمل على تحسين كثافة طاقة البطارية بشكل كبير. تصل السعة النوعية النظرية لمادة السيليكون إلى 4200 مللي أمبير/ساعة، أي حوالي 10 أضعاف الجرافيت. كما تعمل على تحسين أداء بطاريات الليثيوم بشكل كبير. ثانيًا، تتمتع بطاريات القطب السالب من السيليكون والكربون بأداء أمان أعلى. تتجنب إمكانية إزالة التداخل المنخفضة لليثيوم ترسب الليثيوم على السطح أثناء الشحن وتقلل من خطر حدوث ماس كهربائي للبطارية. إلى جانب ذلك، يمكن أن يساعد تطبيق مواد أنود السيليكون والكربون في تقليل تكاليف البطارية وزيادة مدى الانطلاق للسيارات الكهربائية. أخيرًا، تسببت الاختراقات في تكنولوجيا بطارية أنود السيليكون والكربون في نمو سعة البطارية بمعدل حوالي 10% سنويًا. ومن المتوقع أن تصل سعة البطارية إلى 6000 مللي أمبير في المستقبل، مما يوفر للمستخدمين تجربة عمر بطارية أطول.

مخزون بطارية أنود الكربون السيليكوني

تُستخدم تقنية بطارية الأنود الكربوني السليكوني حاليًا بشكل أساسي في المنتجات الإلكترونية 3C. وقد تم استخدامها على نطاق واسع وعميق في مجال الهواتف الذكية. وفقًا لإحصائيات غير مكتملة، أصدرت ما يقرب من 10 شركات، بما في ذلك Honor وHuawei وXiaomi وvivo وoppo وLenovo وRealme، ست بطاريات أقطاب سالبة من السيليكون والكربون. التفاصيل هي كما يلي، بدون ترتيب معين، مدرجة حسب الحرف الأول من العلامة التجارية.

1. الشرف والمجد

بطارية أنود الكربون والسيليكون لبحيرة تشينغهاي

بطارية أنود الكربون السيليكوني Qinghai Lake هي تقنية بطارية مبتكرة تم تطويرها بشكل مستقل بواسطة Honor. تم استخدامها لأول مرة في سلسلة Honor Magic5 للهواتف المحمولة، وخاصة طراز Honor Magic5 Pro، الذي يوفر سعة بطارية كبيرة تبلغ 5450 مللي أمبير في الساعة.

تستفيد هذه التقنية بشكل كامل من حقيقة أن السعة النظرية للجرام لمادة السيليكون تبلغ حوالي 10 أضعاف سعة مادة الجرافيت. من خلال استخدام هيكل الكربون المسامي وتكنولوجيا ترسيب بخار السيليكون النانوي في الموقع، فإنها تعمل بشكل فعال على تحسين كثافة الطاقة وأداء البطارية. على وجه التحديد، يوفر هيكل الكربون المسامي شبكة موصلة ثلاثية الأبعاد يمكنها امتصاص التوسع الحجمي لمادة السيليكون، وتقليل الإجهاد أثناء الشحن والتفريغ، والحفاظ على استقرار بنية القطب؛ بينما تعمل تقنية ترسيب بخار السيليكون النانوي في الموقع على تحضير مادة السيليكون كونها جزيئات بحجم النانو مما يحسن بشكل أكبر من كفاءة التفاعل الكهروكيميائي للبطارية.

وقد أدت هذه الابتكارات إلى زيادة كثافة طاقة القطب السالب لبطاريات Qinghai Lake بمقدار 16% مقارنة ببطاريات القطب السالب الجرافيتية العادية. وتم تطبيق تقنية بطارية Qinghai Lake من الجيل الثاني بشكل أكبر في هاتف Honor Magic 6 المحمول. ولم يتم تحسين كثافة الطاقة مرة أخرى فحسب، بل حققت أيضًا اختراقًا جديدًا في تقنية عمر البطارية في درجات الحرارة المنخفضة في الصناعة، مما يسمح للمستخدمين باستخدامها بشكل طبيعي حتى في البيئات القاسية والسيناريوهات المتطرفة. وهذا يوضح أن تقنية بطارية Qinghai Lake المصنوعة من السيليكون والكربون تتمتع بإمكانات ومزايا كبيرة في تحسين عمر بطارية الهواتف الذكية.

2. هواوي

بطارية هواوي عالية السليكون

حققت هواوي تقدمًا كبيرًا في مجال تكنولوجيا البطاريات، وخاصة في البحث والتطوير لبطاريات الأنود عالية السيليكون. يستخدم هذا النوع من البطاريات مادة السيليكون كقطب سالب. بالمقارنة مع الأقطاب السالبة التقليدية المصنوعة من الجرافيت، يتمتع القطب السالب السيليكوني بسعة نظرية محددة أعلى (تصل إلى 4200 مللي أمبير/جم)، متجاوزة بكثير قدرة الجرافيت البالغة 372 مللي أمبير/جم. لقد حسنت هواوي من توصيل واستقرار الأنود السيليكوني من خلال تحسين نسبة المادة والبنية الدقيقة. كما حلت مشكلة التوسع الحجمي لمواد السيليكون أثناء الشحن والتفريغ، وحسنت من استقرار وعمر دورة البطارية. في إصدار Huawei Mate Xs 2 Collector's Edition، استخدمت هواوي بطارية القطب السالب عالية السيليكون هذه، وحققت سعة بطارية تبلغ 4880 مللي أمبير/ساعة مع الحفاظ على الجسم خفيفًا ورقيقًا.

تلقت بطارية القطب السالب عالية السيليكون من هواوي مراجعات إيجابية من السوق لابتكارها التكنولوجي وتحسين الأداء. لا تعمل هذه البطارية على تحسين كثافة الطاقة فحسب، بل تحقق أيضًا اختراقًا في سعة البطارية دون تغيير كبير في الحجم. تستخدم هواوي بنية طلاء الكربون وموثق البوليمر المرن المبتكر لمنع التوسع والتساقط؛ تستخدم رقائق الليثيوم لتكملة الليثيوم، مما يزيد من كفاءة الشحن والتفريغ الأولى بمقدار 26%؛ تستخدم تقنية أنبوب النانو الكربون في بطاريات القطب السالب السيليكون لزيادة التوصيل بمقدار 4 مرات، مما يحسن أداء بطاريات القطب السالب السيليكون بشكل أكبر.

3. لينوفو

بطارية شينغهاي

بطارية Xinghai هي تقنية بطارية ذات قطب سالب عالية الجهد من السيليكون والكربون تم تطويرها ذاتيًا من قبل شركة Lenovo، بكثافة طاقة تبلغ 822 وات/لتر، وهو ما يتجاوز 809 وات/لتر لهاتف vivo S19 المحمول ذي الشاشة المستقيمة. إنها واحدة من أكثر الحلول التقنية تقدمًا المستخدمة حاليًا في الهواتف المحمولة ذات الشاشة القابلة للطي في الصناعة. تعني كثافة الطاقة العالية لبطارية Xinghai أنه يمكن تخزين المزيد من الكهرباء بنفس الحجم، وبالتالي توفير عمر بطارية أطول.

من حيث المعايير المحددة، تم تجهيز moto razr 50 Ultra ببطارية Xinghai بسعة 4000 مللي أمبير في الساعة وتدعم تقنية الشحن السريع بقوة 68 وات. تم تجهيز الإصدار القياسي من moto razr 50 ببطارية Xinghai بسعة 4200 مللي أمبير في الساعة، والتي تدعم الشحن السريع السلكي بقوة 30 وات والشحن اللاسلكي بقوة 15 وات. تُظهر هذه المعايير أن بطارية Xinghai لا تتمتع بكثافة طاقة عالية فحسب، بل تتمتع أيضًا بالقدرة على الشحن السريع، مما يوفر للمستخدمين تجربة طاقة مريحة وعمر بطارية أطول.

4. أوبو

بطارية جليدية

بطارية Glacier هي تقنية بطارية عالية الأداء تم تطويرها بشكل مشترك من قبل OPPO / OnePlus و CATL، وهي مصممة للهواتف الذكية التي تسعى إلى تجربة عالية الأداء. تستخدم هذه التقنية الجيل الجديد من تقنية بطارية القطب السالب من السيليكون والكربون. تتميز بخصائص كثافة الطاقة العالية والحجم الصغير وإخراج الطاقة المستقر وعمر البطارية الطويل والشحن السريع. يصل محتوى القطب السالب من السيليكون والكربون في بطارية Glacier إلى أعلى مستوى في الصناعة 6%. تصل كثافة الطاقة إلى 763Wh / L، وتصل سعة البطارية إلى 6100mAh. مما يجعلها أكبر سعة يمكن تحقيقها في بطارية القطب السالب من السيليكون والكربون في الصناعة. بالإضافة إلى ذلك، فإن حجم بطارية Glacier أصغر بمقدار 3% من بطارية الجرافيت العادية 5000mAh. إنها تحقق تقدمًا في توفير سعة أكبر في حجم أصغر.

لا تتمتع بطارية Glacier بسعة بطارية كبيرة فحسب، بل تدعم أيضًا إصدار طول العمر للشحن السريع للغاية بقوة 100 وات، والذي يمكنه شحن بطارية 6100 مللي أمبير في الساعة بالكامل في 36 دقيقة. كما أنه الهاتف المحمول الوحيد في الصناعة الذي يحقق "بطارية 6000+ مللي أمبير في الساعة + شحن سريع بقوة 100 وات". من حيث العمر، تدعي Glacier أنه بعد أربع سنوات من الاستخدام، يبلغ عمر البطارية 80% على الأقل. وهي تعتمد على "تصميم هيكل قرص العسل الحيوي" الجديد الذي تم تطويره ذاتيًا و"خوارزمية عمر أنود الكربون السيليكوني" بالإضافة إلى عدد من تقنيات عمر البطارية. تجعل هذه الخصائص بطارية Glacier تصل إلى المستوى الرائد في الصناعة من حيث عمر البطارية وسرعة الشحن، مما يمنح المستخدمين تجربة عمر بطارية طويل للغاية.

5. ريلمي

بطارية الطاقة المجمعة

بطارية realme المركزة هي أبرز ما يميز هاتف realme GT6 المحمول. إنها تستخدم الجيل الجديد من تقنية بطارية أنود السيليكون والكربون بمحتوى سيليكون يصل إلى 6%. تعمل هذه التقنية على زيادة كثافة طاقة البطارية بمقدار 8%. لا تعمل تقنية البطارية هذه على تحسين كثافة الطاقة فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين متانة البطارية بشكل كبير من خلال خوارزمية طول عمر أنود السيليكون والكربون التي طورتها الشركة. تدعي أنها قادرة على الحفاظ على عمر بطارية يصل إلى أربع سنوات. خدمة حصلت البطارية على أول شهادة SGS للبطارية السالبة المصنوعة من السيليكون الكربوني عالية الكفاءة في استخدام الطاقة في الصناعة.

بالإضافة إلى ذلك، تتميز بطارية Realme Energy بسعة كبيرة تبلغ 5800 مللي أمبير في الساعة في جسم رفيع وخفيف الوزن يبلغ سمكه 8.4 مم، وتدعم الشحن السريع بقوة 120 وات، ويمكن شحنها إلى 50% في 12 دقيقة. كما تدعم بروتوكولات الشحن السريع المتعددة UFCS/PPS، مما يوفر للمستخدمين حل شحن مريح.

6. فيفو

بطارية المحيط الأزرق

Blue Ocean Battery هي تقنية بطارية تم تطويرها بشكل مشترك بين Vivo وCATL. وتتمثل ميزتها الأساسية في تحقيق تحسين شامل لسعة البطارية وسرعة الشحن وعمر البطارية من خلال مواد البطارية المبتكرة والتصميم الهيكلي.

تستخدم هذه التقنية تقنية إعادة بناء الجرافيت القطبي السالب وتقنية الضغط البارد لقطعة القطب الفائق وتقنية النقش بالليزر على مستوى الميكرون لتحسين كثافة طاقة البطارية، مما يجعل vivo X100 Pro يتمتع بسعة فائقة تعادل 5400 مللي أمبير في الساعة ويدعم أيضًا تقنية الشحن السريع ثنائي النواة بقوة 100 وات. تحقق تقنية Blue Ocean Battery المزيد من تخزين الطاقة بنفس الحجم من خلال الاستراتيجيات الرئيسية الثلاث "المصدر المفتوح والخنق وتحسين الكفاءة"، وتحقق زيادة في كثافة الطاقة بمقدار 9% مقارنة ببطاريات الجرافيت التقليدية.

تولي تقنية بطارية Blue Ocean أيضًا اهتمامًا خاصًا بالأداء في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة. من خلال تقنية البطارية شبه الصلبة، تتم إضافة الإلكتروليتات الصلبة إلى الإلكتروليتات السائلة لتشكيل شبكة موصلة إضافية. وهذا يضمن النقل الطبيعي للطاقة وتوفير تجربة عمر بطارية لا تخاف من درجات الحرارة المنخفضة. إلى جانب ذلك، تم تجهيز بطارية Blue Ocean المطورة في سلسلة vivo X Fold3 ببطارية Blue Ocean. تستخدم مادة القطب السالب السيليكون من الجيل الثاني، وتصل كثافة الطاقة إلى 780Wh/L. لذا فهي أعلى بمقدار 15.4% من الجيل السابق.

7. مي

بطارية جينشاجيانج

بطارية جينشاجيانج هي بطارية عالية الأداء طورتها شركة شاومي واستخدمت لأول مرة في هاتف شاومي 14 ألترا المحمول. تشتهر هذه البطارية بكثافة طاقتها العالية، حيث تصل إلى 779 وات في الساعة/لتر، وهي أعلى كثافة طاقة في تاريخ شاومي. تستخدم بطارية جينشاجيانج أحدث جيل من تقنية القطب السالب من السيليكون والكربون. يصل محتوى السيليكون فيها إلى 6%، وتدعم عمر بطارية 80% بعد 1600 دورة. من حيث الحجم، فإن بطارية جينشاجيانج أصغر بمقدار 8% من الجيل السابق. وتم زيادة سعة البطارية إلى 5300 مللي أمبير في الساعة، وتم زيادة عمر البطارية بمقدار 17%.

كما تعمل بطارية جينشاجيانج على تشكيل حاجز مرن ذاتي الشفاء من خلال إضافة مركبات البوليمر العضوية وتقنية تكوين الفيلم في الموقع، مما يعزز بشكل كبير من ليونة الفيلم ويصلح على الفور شقوق الجسيمات الناتجة أثناء دورات متعددة. تستخدم البطارية أيضًا رقائق نحاسية عالية القوة ولصق عالي الصلابة لضمان أدائها الممتاز. من حيث التكنولوجيا، تستخدم بطارية جينشاجيانج تقنية خزان الطاقة لتشكيل 2376 قناة تدفق على سطح قطعة القطب. إنه يزيد من مساحة التلامس بين الإلكتروليت والقطعة ويحسن كثافة طاقة البطارية. أدى تطبيق هذه التقنيات إلى تحسين سعة ومتانة وسلامة بطاريات جينشاجيانج بشكل كبير.

ملخص

مع تزايد ثراء الهواتف الذكية بالميزات وقوتها، فإنها تواجه أيضًا تحدي عمر البطارية غير الكافي. أصبحت تقنية بطارية أنود السيليكون والكربون حلاً فعالاً لهذه المشكلة بكثافة الطاقة العالية وسعتها. تعمل هذه التقنية على تحسين أداء البطارية بشكل كبير من خلال الجمع بين السعة النظرية العالية للمواد السيليكونية واستقرار مادة الكربون. يمكنها تقليل التكاليف وتحسين سلامة البطارية وعمر دورة حياتها. وفقًا للإحصائيات، تم تطبيق تقنية بطارية أنود السيليكون والكربون في ما يقرب من 10 علامات تجارية للهواتف الذكية. لا شك أنها تُظهر إمكاناتها الهائلة في تحسين سعة البطارية وتحملها. مع استمرار التكنولوجيا في التحسين، من المتوقع أن تنمو سعة البطارية بمعدل 10% تقريبًا سنويًا في المستقبل. يمكن أن توفر للمستخدمين تجربة عمر بطارية أطول.