Silikon karbon pil nedir ve akıllı telefonun pil ömrü sorunlarına çözüm mudur?

 Bunlar, büyük Çin üreticileri gibi nedenlerle giderek yaygınlaşıyor Onur, Oppo ve Xiaomi teknolojiyi benimsedi. Şimdi, Samsung da katıldı, silikon-karbon kullanımı Galaxy Z Fold 8 ve 8 Ultra'nın pillerinde teknoloji var.

Silikon karbon piller, geleneksel lityum iyondan çok daha geniş olabilir; bazı telefonlar gerçek iki günlük pil ömrünü sunan teknolojiyi kullanıyor. Bu hücreler Asya telefonlarında standart hale geldikçe, Batılı telefonlarda da daha fazlasını göreceğiz. O halde, silikon karbon pillerin nesi bu kadar özel olduğunu, neden çok daha uzun pil ömrü sunduklarını ve neden telefonunuzun ömrünün pahasına gelebileceğini öğrenelim.

Ama önce, pillerin nasıl çalıştığına dair kısa bir giriş

Piller temelde üç parçadan oluşur: anot, katot ve aralarında duran elektrolit. Bir pil tam olarak şarj olduğunda, tüm elektronlar anoda tutulur ve elektronlar yavaşça katota bırakılır. Elektrolitten geçen elektronların akışı, enerji salınan bir dizi elektriksel ve kimyasal reaksiyona yol açar. Telefonunuzda yaygın olarak bulunan hücrelerde, anoda daha fazla elektron ekleyebilirsiniz. Ancak depolayabileceğiniz güç miktarı, elektrolitin reaksiyona girmesi için gerekli malzemeleri tükenmesiyle zamanla azalır.

Bir pili, çok sıcak bir günde bir su parkında bir su kaydırağı gibi düşünün. Yüzlerce çığlık atan çocuk (elektron) en üstte (anot) sıralanmış ve hepsi mümkün olan en hızlı şekilde en altına (katot) inmek istiyor. Kaydıraktan aşağı akan su (elektrolit) vardır ve bu da çocukların yukarıdan aşağıya hareketini kolaylaştırır. Doğal olarak, o çocuklar tekrar (enerji toplamak) için tekrar zirveye koşuyor ve bunu defalarca yapmaya devam ediyor. Ancak sonunda aqua parkın su rezervleri tükeniyor ve üzerinde kaymak için çok kuruduğunda artık kullanılamaz.

Lityum iyon piller

Muhtemelen son yirmi buçuk yılda tüketici elektroniğinde yaygın hale gelen lityum iyon pilli bir cihazla donatılmış bir cihaz hakkında bu makaleyi okuyorsunuz. Bu seçenekler bu kadar popüler çünkü diğer seçeneklere kıyasla hafif, enerji yoğun olmaları ve bozulmaya başlamadan önce defalarca şarj olup boşaltılabildikleri için bu kadar popülerdir. Bu, mükemmel oldukları anlamına gelmiyor; Bugün telefonlarımızda, tabletlerimizde, dizüstü bilgisayarlarımızda, elektrikli araçlarımızda ve evlerimizde kullanılmak için bu kadar güvenilir hale gelmeleri için çok çaba gerektiriyor. Genel olarak, bir lityum iyon pil bir grafit toz anodu, bir lityum iyon fosfat tozu katodu ve bir etilen karbonat elektrolitten oluşur.

Dr. Ruth Sayers, Imperial College ve Liverpool Üniversitesi'nde görev yapmış ve yakın zamanda silikon karbon pillerin içinde kullanmak üzere silikon üreten AmpliSI şirketinin CEO'su olan bir batarya kimyasında uzmandır. Dünyanın son yirmi yılın büyük bir kısmını bir lityum iyon hücresinin içindeki katot ve elektrolit rafinasyonuna harcadığını açıkladı. "Diğer her şey mümkün olduğunca optimize edildi ve geliştirildi," dedi, "onlarca yıldır lityum iyon pillerinde aynı grafit anodunu kullanıyoruz." Şu anda, bu grafit anotlar "pil performansını sınırlayan element" olduğunu belirtti ve "silikon, grafitin rakip olarak görülüyor" dedi.

Silikon karbon piller

Bu hücrelere silikon karbon piller demek biraz yanlış bir isim, çünkü katot için hâlâ lityum bazlı bir malzeme kullanılacak. Aslında, tüm anod için silikon karbon bile kullanılmayacak, çünkü şu anda fizik buna izin vermiyor. Bunun yerine, bu hücrelerde bulunan grafitle karıştırılan küçük bir silikon karbon oranı kullanır.

Samsung ve diğer telefon üreticileri şu anda bunu yapıyor. Aslında, hatta Ürün sayfası Z Fold 8 ve Fold 8 Ultra için Samsung hâlâ pil tipini "Lithium-ion" olarak listeliyor. Şirket, enerji yoğunluğunu artırmak için silikon-karbon malzemesi tanıttığını açıkladı ve bu konuda malzemenin açık avantajları sunduğunu belirtti. Ve sektördeki herkesin kullandığı tanıma göre, bu silikon karbon pil.

"Silikon eklemek yeni bir şey değil," diye açıkladı Finlandiya'nın Seinäjoki Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Ar-Ge başkanı Dr. Juho Heiska. "Tesla, bazı NCA [nikel kobalt alüminyum pil] modellerinde zaten yüzde 3 ila 5 civarında bir karışım kullandı," diye ekledi. (Tesla, en az 2016'dan beri pillerine silikon karbon ekliyor, Los Angeles Times.) Değişen şey, üretim, mühendislik ve kimyasal süreçlerin daha da gelişmiş olup daha fazla silikon karbon karışımı mümkün kılmasıdır.

Dr. Heiska, birçok üreticinin mevcut üretim süreçlerine eklenebilecek "drop-in" malzemeler üzerinde çalıştığını söyledi. "Grafitin yüzde 75'ini, yüzde 25'i silikon tozunu alıp karıştırıp aynı şekilde bulamaç yapıyorsunuz," diye açıkladı. Ancak buna rağmen, Heiska bu hücrelerin üretiminin çok daha pahalı olduğunu, bu yüzden akıllı telefonlarda piyasaya sürülmesinin mantıklı olduğunu söyledi. Sonuçta, "pil için birim fiyat [aşırı] yüksek değil," dedi, özellikle bir elektrikli araç için hücre üretimi için gereken maliyetlerle karşılaştırıldığında.

Samsung, silikon karbon hücrelerini benimseyen en büyük akıllı telefon üreticisi olarak tartışmasız bir fikir. Koreli dev, bazı Çin cihazlarında bulunan süper kapasiteli hücreler üretmediğini belirterek yaklaşımında temkinli davranıyor. Z Fold telefonlarının yeni serisi, pillerinin ve dolayısıyla donanımın boyutunu küçültmek için az miktarda silikon kullanıyor. Ancak Samsung ayrıca pillerin lityum seleflerinden çok daha hızlı bozulacağına inanıyor gibi görünüyor. İçinde AB'ye yapılan düzenleyici dosyalarŞirket, hücrelerin sadece 1.200 şarj döngüsüne dayanacağını belirtti — önceki nesil için vaat edilen 2.000 şarj döngüsüne göre önemli bir düşüş.

Lityum iyon piller

Muhtemelen son yirmi buçuk yılda tüketici elektroniğinde yaygın hale gelen lityum iyon pilli bir cihazla donatılmış bir cihaz hakkında bu makaleyi okuyorsunuz. Bu seçenekler bu kadar popüler çünkü diğer seçeneklere kıyasla hafif, enerji yoğun olmaları ve bozulmaya başlamadan önce defalarca şarj olup boşaltılabildikleri için bu kadar popülerdir. Bu, mükemmel oldukları anlamına gelmiyor; Bugün telefonlarımızda, tabletlerimizde, dizüstü bilgisayarlarımızda, elektrikli araçlarımızda ve evlerimizde kullanılmak için bu kadar güvenilir hale gelmeleri için çok çaba gerektiriyor. Genel olarak, bir lityum iyon pil bir grafit toz anodu, bir lityum iyon fosfat tozu katodu ve bir etilen karbonat elektrolitten oluşur.

Dr. Ruth Sayers, Imperial College ve Liverpool Üniversitesi'nde görev yapmış ve yakın zamanda silikon karbon pillerin içinde kullanmak üzere silikon üreten AmpliSI şirketinin CEO'su olan bir batarya kimyasında uzmandır. Dünyanın son yirmi yılın büyük bir kısmını bir lityum iyon hücresinin içindeki katot ve elektrolit rafinasyonuna harcadığını açıkladı. "Diğer her şey mümkün olduğunca optimize edildi ve geliştirildi," dedi, "onlarca yıldır lityum iyon pillerinde aynı grafit anodunu kullanıyoruz." Şu anda, bu grafit anotlar "pil performansını sınırlayan element" olduğunu belirtti ve "silikon, grafitin rakip olarak görülüyor" dedi.

Silikon karbon piller

Bu hücrelere silikon karbon piller demek biraz yanlış bir isim, çünkü katot için hâlâ lityum bazlı bir malzeme kullanılacak. Aslında, tüm anod için silikon karbon bile kullanılmayacak, çünkü şu anda fizik buna izin vermiyor. Bunun yerine, bu hücrelerde bulunan grafitle karıştırılan küçük bir silikon karbon oranı kullanır.

Samsung ve diğer telefon üreticileri şu anda bunu yapıyor. Aslında, hatta Ürün sayfası Z Fold 8 ve Fold 8 Ultra için Samsung hâlâ pil tipini "Lithium-ion" olarak listeliyor. Şirket, enerji yoğunluğunu artırmak için silikon-karbon malzemesi tanıttığını açıkladı ve bu konuda malzemenin açık avantajları sunduğunu belirtti. Ve sektördeki herkesin kullandığı tanıma göre, bu silikon karbon pil.

"Silikon eklemek yeni bir şey değil," diye açıkladı Finlandiya'nın Seinäjoki Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Ar-Ge başkanı Dr. Juho Heiska. "Tesla, bazı NCA [nikel kobalt alüminyum pil] modellerinde zaten yüzde 3 ila 5 civarında bir karışım kullandı," diye ekledi. (Tesla, en az 2016'dan beri pillerine silikon karbon ekliyor, Los Angeles Times.) Değişen şey, üretim, mühendislik ve kimyasal süreçlerin daha da gelişmiş olup daha fazla silikon karbon karışımı mümkün kılmasıdır.

Dr. Heiska, birçok üreticinin mevcut üretim süreçlerine eklenebilecek "drop-in" malzemeler üzerinde çalıştığını söyledi. "Grafitin yüzde 75'ini, yüzde 25'i silikon tozunu alıp karıştırıp aynı şekilde bulamaç yapıyorsunuz," diye açıkladı. Ancak buna rağmen, Heiska bu hücrelerin üretiminin çok daha pahalı olduğunu, bu yüzden akıllı telefonlarda piyasaya sürülmesinin mantıklı olduğunu söyledi. Sonuçta, "pil için birim fiyat [aşırı] yüksek değil," dedi, özellikle bir elektrikli araç için hücre üretimi için gereken maliyetlerle karşılaştırıldığında.

Samsung, silikon karbon hücrelerini benimseyen en büyük akıllı telefon üreticisi olarak tartışmasız bir fikir. Koreli dev, bazı Çin cihazlarında bulunan süper kapasiteli hücreler üretmediğini belirterek yaklaşımında temkinli davranıyor. Z Fold telefonlarının yeni serisi, pillerinin ve dolayısıyla donanımın boyutunu küçültmek için az miktarda silikon kullanıyor. Ancak Samsung ayrıca pillerin lityum seleflerinden çok daha hızlı bozulacağına inanıyor gibi görünüyor. İçinde AB'ye yapılan düzenleyici dosyalarŞirket, hücrelerin sadece 1.200 şarj döngüsüne dayanacağını belirtti — önceki nesil için vaat edilen 2.000 şarj döngüsüne göre önemli bir düşüş.

Silikon karbon pil kullanmanın avantajları

Bu pillere silikon karbon ve grafit anot eklemenin birçok büyük avantajı vardır. Dr. Sayers açıkladı: "Grafitin kapasitesi gram başına yaklaşık 330 miliamper saattir, silikon ise grafite göre on kat daha fazla kapasiteye sahiptir." Silikon karbon pil kullanıldığında gerçekleşen elektrokimyasal reaksiyon da lityum iyon pilden çok farklıdır. "Aslında bu kimyasal bir reaksiyon, alaşım denir," dedi Dr. Sayers, "lityumunuz silikonunuzla reaksiyona girer ve farklı lityum silikon türleri oluşturur." Ekledi: "Bu da daha fazla lityum depolayabileceğiniz anlamına geliyor, bu da ona gerçekten büyük bir kapasite kazandırıyor."

Ağırlık açısından daha yüksek kapasite, pillerin şarj açısından çok daha büyük ama hacim açısından daha küçük olabileceği anlamına gelir. Bu yüzden akıllı telefon pillerinin on yıl veya daha uzun bir süre önceki kadar kalın olmadan aniden büyük bir ekstra kapasite kazandığını görüyoruz. Örneğin OnePlus 15, iPhone 17'den sadece bir iki milimetre kalın, ancak pili 7.300mAh kapasiteye sahip ve inanılmaz bir süre dayandı Özet testimizde 38,5 saat.

Daha yüksek kapasite, silikon karbon pillerin muadillerinden çok daha hızlı şarj olabilme yeteneğiyle birlikte gidiyor. "Grafit pillerini hızlıca şarj edememenizin nedenlerinden biri, lityum iyonların grafit katmanlarının arasına girememesidir," dedi Dr. Heiska. "Silikon daha hızlı şarj olur ve önce lithiate edilir [...] yani hızlı şarj konusunda gerçekten yardımcı oluyor."

Diğer artısı ise silikonun ucuz, bol ve kolayca bulunabildiği, diğer pil kimyalarının bazı risklerini ortadan kaldırmasıdır. Dr. Sayers, birçok sektörde olduğu gibi, odak noktasının daha geniş jeopolitik sorunlardan arınmış düşük maliyetli ve bol hammadde temin edilmesi olduğunu açıkladı.