אנחנו חיים בעידן זהב, אין ספק בכך. הגאדג'טים האלקטרוניים שלנו יכולים לעשות כל כך הרבה עבורנו: לעזור לנו לתקשר, לנווט, ללמוד, ליהנות, לתרגם לנו דברים, לצלם תמונות וסרטונים ועוד. עם זאת, יש תחום מפתח אחד שנשאר כמעט קפוא בזמן ב-50+ השנים האחרונות. סוללות.
כל מוצרי האלקטרוניקה הניידים שלנו הופכים למשקולות נייר חסרות תועלת כשהסוללות שלהם מתות. במאמר זה נדבר על הטכנולוגיה העדכנית ביותר המשפרת את סוללות הליתיום-יון ומגדילה את הקיבולת שלהן. סוללות ליתיום סיליקון. אבל דבר ראשון.
מהי סוללה?
במילים פשוטות, סוללה היא מכשיר שאוגר ומספק חשמל, והיא עושה זאת באמצעות תגובות אלקטרוכימיות. ישנם שלושה מרכיבים עיקריים של סוללה:
- אָנוֹדָה:האלקטרודה שבה מתרחש חמצון (אובדן אלקטרונים) במהלך הפריקה. חומרים נפוצים לאנודות כוללים גרפיט או מתכות.
- קָטוֹדָה:האלקטרודה שבה מתרחשת הפחתת (רווח של אלקטרונים) במהלך פריקה. חומרי הקתודה משתנים ויכולים לכלול מתכות כמו ליתיום, קובלט או מנגן, בהתאם לסוג הסוללה.
- אלקטרוליט:חומר המאפשר ליונים לעבור בין האנודה לקתודה, ומקל על זרימת הזרם החשמלי. האלקטרוליט הוא בדרך כלל נוזל או ג'ל המכיל יונים.
כאשר אתה מחבר מכשיר חיצוני שזקוק לחשמל למעגל הסוללה, יונים טעונים מתחילים לזרום מהאנודה לקתודה דרך האלקטרוליט. זה יוצר הבדל פוטנציאל, ואז אלקטרונים עוברים מהסוללה לגאדג'ט המחובר שלך ומספקים חשמל.
סוללות ליתיום-יון
המחקר על סוללת הליתיום-יון החל עוד בשנות ה-60 והבשיל למוצר בר-קיימא מסחרית בסביבות שנות ה-90. אב הטיפוס המוקדם ביותר פותח על ידי נאס"א בשנת 1965, והמוצר המסחרי הראשון הופיע על המדפים בשנת 1991. הוא נוצר על ידי סוני.
סוג זה של סוללה עוקב אחר המנגנון לעיל, תוך שימוש בליתיום כיסוד כימי עיקרי. למה ליתיום? אמנם נערך מחקר מקיף על מספר רב של חומרים לשימוש פוטנציאלי בסוללות ליתיום-יון, אך מרחב הכימיה בפועל ששולב בהצלחה ביישומים מסחריים בטכנולוגיה זו מוגבל למדי. במילים פשוטות, ליתיום עובד הכי טוב.
בסוללות ליתיום-יון, הקתודה מורכבת בדרך כלל מתחמוצת מתכת ליתיום, כגון תחמוצת ליתיום קובלט או פוספט ליתיום ברזל. האנודה עשויה מסוג כלשהו של פחמן, כגון גרפיט, והאלקטרוליט הוא מלח ליתיום. אז מה הקטע עם הסיליקון?
סוללות ליתיום סיליקון
ננו-חוטי סיליקון
סוללות ליתיום סיליקון משתמשות בצמצום זעיר לאנודה שמביאה לשיפור משמעותי בקיבולת. לגרפיט יש גבול עליון בקיבולת של 372 mAh/g. מצד שני, לסיליקון גבישי טהור יש קיבולת תיאורטית של 3600 mAh/g, בערך פי עשרה מזה של גרפיט.
איפה סוללות הסמארטפון שלנו בנפח 50,000 מיליאמפר/שעה? ובכן, לגבישי סיליקון טהורים יש תכונה מגעילה לשנות את נפחם בעת טעינה ופריקה, בשיעור של עד 300%. המשמעות היא שהסוללה תתנפח, תשבר ותעלה באש או תתפוצץ.
על מנת למנוע זאת, בעוד שעדיין לקצור כמה יתרונות מסיליקון, המדען יצר חומר סיליקון-פחמן מורכב. הוא משתמש בננו-חלקיקי סיליקון כדי להגדיל את הקיבולת של אנודת הגרפן. נכון לעכשיו, לסוללות סיליקון-פחמן מסחריות קיבולת של כ-550 mAh/g. טסלה משתמשת בטכנולוגיה זו בסוללות המכוניות שלה, ו-Honor משתמשת בה גם ב-Honor Magic 5 Pro, ב-Magic V2 המתקפל וב-Magic 6 Pro הקרוב.
מה הלאה?
מצב מוצק או ליתיום-סיליקון?
בואו נבהיר דבר אחד. סוללות ליתיום-סיליקון אינן סוללות מוצק. אולי שמעתם המון על האחרון, עם הבטחות לקיבולת מוגברת וטעינה מהירה במיוחד. סוללה מסוג זה ראויה למאמר נפרד, ואכן הפוטנציאל שם עצום אבל יש קשיים שצריך להתגבר עליהם, וגם הם עצומים.
האם יש עתיד לסוללות ליתיום סיליקון-פחמן? בְּהֶחלֵט! צפו מיצרניות סמארטפונים נוספות לנסות ולהקל על הטכנולוגיה הזו. הגורם החשוב ביותר כאן הוא שהחומרים והתהליכים המשמשים ליצירת סוללות כאלה אינם שונים באופן קיצוני מסוללות ליתיום-יון קונבנציונליות. וזה אומר מדרגיות ועלות מקובלת מבחינה מסחרית.
במצבן הנוכחי, סוללות ליתיום סיליקון מציעות עלייה צנועה של 20% בקיבולת, אך התקדמות בטכנולוגיה זו עשויה להגדיל את המספר הזה פי עשרה. אז, מכשירי אייפון וגלקסיות של 10 000mAh אולי לא כל כך רחוקים.
טלפונים עם סוללות ליתיום סיליקון
הסמארטפון המסחרי הראשון עם סוללת סיליקון-פחמן היה Honor Magic 5 Pro, אך הוא הוגבל לסין עקב תקנות הסוללה. שנה לאחר מכן ה-Magic 6 Pro ערך את הופעת הבכורה העולמית שלו ומותגים רבים אחרים הלכו בעקבותיו עם טכנולוגיית סוללת הסיליקון-פחמן. Honor משתמשת בו אך ורק בטלפונים הדגלים שלה, כולל המתקפלים, כמו ה-Honor Magic V3 (אחת הסיבות שאפשרו את העובי המטורף של 4.35 מ"מ של המתקפל הזה).
Vivo גם אימצה סוללות סיליקון-פחמן בטווח ה-X שלה, וגם טלפונים כמו Vivo X100 Ultra ו-X Fold 3 Pro עושים שימוש בטכנולוגיה. על פי השמועות האחרונות, התא הענק של 6,000mAh בתוך הקרובOnePlus 13ספינת הדגל עשויה להיות גם מסוג סיליקון-פחמן. ושמועות פרועות אפילו יותר מצביעות על כך שגם סמסונג עשויה לאמץ את הטכנולוגיה שלהגלקסי S25סִדרָה.
