Ooit al van silicium-koolstof gehoord? De nieuwe technologie belooft opvallend meer batterijcapaciteit zonder je smartphone meteen dikker te maken. Het lijkt een logische stap om te zetten, maar grote spelers als Samsung en Apple blijven voorlopig terughoudend.
Er zijn zo van die upgrades die je pas echt begint te waarderen wanneer je ze een tijdje hebt kunnen ervaren. Een helderder scherm is fijn, sneller laden ook, maar een batterij die het nét niet haalt, blijft confronterend. Nog 18 procent terwijl je de trein moet halen, je oortjes al spelen, je navigatie draait en je onderweg nog snel even een foto wil nemen? Op zo’n moment verandert je telefoon spontaan in een soort stressmeter. De komst van de zogenaamde silicium-koolstofbatterij klinkt dan ook als muziek in de oren. Je ziet ze vooral bij Chinese merken die plots met een absurde batterijcapaciteit pronken: 6.000 mAh, 7.000 mAh en zelfs meer, zonder dat de smartphones zichtbaar dikker worden. Het is geen marketingtruc waarbij de cijfertjes anders geteld worden, wel een echte chemische verschuiving.
Laten we om te beginnen het hoogst interessante, maar voor een leek ook wel wat ingewikkelde technische plaatje even bekijken. In wezen gaat het nog steeds om lithium-ionbatterijen, zij het met een andere twist aan de anode. Om te begrijpen waarom dit interessant is, keren we eerst terug naar de basis. In een klassieke lithium-ionbatterij bewegen lithium-ionen heen en weer tussen twee polen: een positieve kathode en een negatieve anode, met een elektrolyt ertussen dat de ionen laat pendelen tijdens laden en ontladen. In smartphones is die anode traditioneel van grafiet gemaakt. Grafiet is betrouwbaar, relatief goedkoop en extreem goed op grote schaal te produceren. Maar grafiet heeft ook een beperking. Het heeft namelijk een ingebouwde limiet voor hoeveel lithium het kan opslaan. Grafiet heeft zes koolstofatomen nodig om één lithium-ion te parkeren. Silicium daarentegen kan in theorie tot vier lithium-ionen aan één siliciumatoom binden. Op papier kan silicium dus een pak meer capaciteit bieden, maar dat is makkelijker gezegd dan gedaan. Silicium zwelt op wanneer het lithium opneemt, en geen klein beetje. Het gaat om een volumetoename van ongeveer 300 procent. Als je puur silicium als anode zou gebruiken, krijg je een batterij die zichzelf letterlijk uit elkaar duwt. De interne structuur raakt dan beschadigd en het materiaal wordt verpulverd doorheen de cycli. De oplossing zit dan ook in het tweede deel van de naam: koolstof. In plaats van één massief stuk silicium gebruiken fabrikanten een composiet: nano-deeltjes silicium die ingebed zitten in een koolstofmatrix. Je kan het beschouwen als een stevig, geleidend geraamte dat het silicium ruimte geeft om uit te zetten, zonder dat het meteen de hele boel kapot wringt. Voorts is het ook niet altijd zwart-wit. Sommige fabrikanten blijven deels grafiet gebruiken in de anode, maar mengen daar silicium-koolstof doorheen om toch die extra energiedichtheid te halen.
Vooral bij foldables en ultradunne telefoons zijn silicium-koolstofbatterijen goud waard.
Het belangrijke woord is gevallen: energiedichtheid, meer energie in dezelfde ruimte. Silicium-koolstof zou in hetzelfde volume 20 tot zelfs 50 procent meer capaciteit bieden dan traditionele lithium-ionbatterijen. Een klassieke 5.000mAh-batterij kan je zo in hetzelfde formaat plots richting 6.000 mAh trekken, of je kan de batterij dunner maken zonder in te boeten op de capaciteit, wat vooral bij foldables en ultradunne smartphones goud waard is. Deze theorie is zich intussen ook al een tijdje naar de praktijk aan het vertalen. Telefoons met silicium-koolstof klimmen vaak al iets boven de 6.000 mAh, terwijl toestellen met een klassieke accu rond die 5.000 mAh blijven hangen. Ongeveer 20 procent verschil dus en hoewel dat op papier misschien niet veel lijkt, kan het in de praktijk wel het verschil zijn tussen om 16.00 uur al beginnen stressen of gewoon doorgaan zonder je druk te moeten maken om je telefoon die zichzelf op elk moment kan gaan uitschakelen.
Een belangrijk detail is wel dat een grotere batterij je telefoon niet automatisch efficiënter maakt. Het energieverbruik blijft bij een traditionele batterij en een silicium-koolstofbatterij ongeveer gelijk. De motor wordt dus niet plots zuiniger, je wint vooral omdat je meer brandstof aan boord hebt. Als fabrikanten steeds fellere schermen, betere camera’s en meer achtergrondtaken in een slank chassis blijven proppen, is extra batterijcapaciteit gewoon de meest directe manier om wat meer ademruimte te creëren. Naast een betere energiedichtheid brengt silicium-koolstof nog een tweede grote belofte met zich mee: sneller laden en beter omgaan met warmte. In theorie kan lithium vlotter in silicium dan in grafiet en die koolstofstructuur helpt met geleiding. Dit vertaalt zich naar betere thermische eigenschappen en hogere laadmogelijkheden. In de praktijk zie je dat toestellen met een silicium-koolstofbatterij vaak stevig snelladen ondersteunen, al lijken fabrikanten daar zelf nog wat te zoeken naar een gunstig evenwicht. Voorlopig lijkt de grens te liggen op snelladen met maximaal 100 W, wat nog steeds aanzienlijk sneller is dan de 45 W waartoe grote spelers als Samsung en Apple zich beperken.
De OnePlus 15 heeft een silicium-koolstofbatterij met een capaciteit van maar liefst 7.300 mAh..
Silicium-koolstof lijkt dus de perfecte manier om batterijcapaciteit uit te breiden, maar als dat zo is, waarom zit het dan nog niet overal in? Simpel: omdat er ook nog nadelen aan verbonden zijn. Om te beginnen is het probleem van de uitzetting niet weg. De koolstofmatrix waar we het eerder over hadden, tempert het probleem weliswaar, maar helemaal weg is het daarmee niet. De anodes van silicium-koolstof zwellen nog steeds meer dan die van grafiet en dat zorgt voor extra mechanische stress in de cel. In het beste geval degradeert de silicium-koolstofbatterij gewoon iets sneller, waardoor je na een paar jaar merkt dat het batterijniveau sneller begint te zakken dan dat je gewend bent. Uiteindelijk zouden deze batterijen daardoor minder laadcycli halen dan traditionele lithium-ionbatterijen, simpelweg omdat ze sneller aftakelen.
In de praktijk moet dit echter ook genuanceerd worden. Omdat silicium-koolstof immers een grotere capaciteit in hetzelfde volume mogelijk maakt, moet je de batterij sowieso minder vaak opladen, waardoor je de batterij ook langer comfortabel zou kunnen blijven gebruiken. Als je met 7.000 mAh bijvoorbeeld twee dagen verder kan, dan maak je minder volledige cycli dan iemand die elke avond een kleiner toestel weer tot 100 procent moet opladen. Het is dus maar hoe je het bekijkt en hoe je ermee omgaat. Zelfs als de pure cycliscore lager ligt, kan dit in de praktijk meevallen omdat je simpelweg minder vaak hoeft op te laden. De keerzijde van de medaille is de kostprijs en de complexiteit van het productieproces, aangevuld met een wat lagere initiële efficiëntie doordat in de eerste cycli door chemische bijwerkingen een deel lithium vast komt te zitten. Dit zijn geen onbelangrijke factoren die meespelen bij de vraag in hoeverre productie op grote schaal haalbaar is. Bovendien is de nieuwe technologie mogelijk minder voorspelbaar dan de traditionele batterijchemie waar de industrie al decennia op leunt, wat ook weer risico’s inhoudt.
De iPhone Air is ultradun, maar bij gebrek aan silicium-koolstofbatterij moet je tevreden zijn met een capaciteit van iets meer dan 3.000 mAh.
Hoewel silicium-koolstof dus zeker wel wat pijnpuntjes heeft, lijken die toch overschaduwd te worden door de voordelen. De vraag is dan ook waarom grote spelers als Samsung en Apple deze batterijen nog niet in hun telefoons hebben zitten. Dat lijkt vooral te maken te hebben met net dat feit dat het om zo’n grote spelers gaat. De nadelen van silicium-koolstof zitten namelijk op drie punten waar zulke bedrijven hard op sturen: risico, reputatie en schaal. Zoals gezegd blijft silicium meer uitzetten dan grafiet en voor een fabrikant die elk jaar honderden miljoenen toestellen verkoopt, is elk extra risico op zwelling of degradatie een potentiële PR-bom. Eén productlijn met problemen en je zit met terugroepacties, transportgedoe, verzekeringsvragen en vooral ook een publiek dat jarenlang blijft vragen of de batterijen nu wél veilig zijn. Voorts speelt ook de levensduur als merkbelofte een rol. Grote premiummerken verkopen samen met hun toestel ook de verwachting dat het jaren meegaat, inclusief lange software-updates en een hoge doorverkoopwaarde. Als silicium-koolstof in de praktijk net iets te snel of te wispelturig degradeert, dan legt dit een bom onder die belofte en ben je als bedrijf het soort gebruiker dat meer betaalt voor kwaliteit gewoon kwijt.
En dan is er tot slot nog de realiteit van de schaal waarop grote bedrijven produceren. De bevoorradingsketen rond silicium-koolstof begint eigenlijk nog maar net te rijpen en moet echt op kruissnelheid komen voor grote spelers om ermee aan de slag te kunnen gaan. Dat is een proces dat je telkens opnieuw ziet plaatsvinden. Een kleinere fabrikant die slechts enkele miljoenen toestellen maakt, kan experimenteren, slechte batches afkeuren en snel schakelen met nieuwe iteraties, maar voor een Galaxy en iPhone heb je honderden miljoenen identieke batterijen nodig, jaar na jaar, met hetzelfde kwaliteitsniveau en dezelfde voorspelbaarheid in productie. Dat is een logistiek en industrieel vraagstuk dat voor bedrijven als Samsung en Apple simpelweg het risico niet waard is om nu al aan te beginnen.
Behoren kopzorgen over je batterij binnenkort tot het verleden?
Als je vooral naar capaciteit kijkt, is silicium-koolstof vandaag natuurlijk heel verleidelijk. Gewoon zo’n telefoon met 7.500 mAh kopen en klaar. In het echte leven is het allemaal vaak wat genuanceerder en subtieler, maar wel degelijk tastbaar. Grotere accu’s lossen nu eenmaal kleine irritaties op. Je moet je telefoon niet meer op kantoor opladen, je kan ‘s avonds nog een uur langer filmpjes kijken en je durft gewoon spontaan op dagtrip zonder (voor de zekerheid) een powerbank mee te sleuren. Tegelijk blijft het voorlopig nog een stuk pionierschap dat je in huis haalt. De technologie evolueert weliswaar snel, maar ze wordt vooral gedragen door merken die sneller bereid zijn om te experimenteren en die graag een verhaal bouwen rond opvallende specificaties. Denk daarbij aan namen als OnePlus, OPPO en Xiaomi, terwijl de allergrootste producenten afwachten tot de kinderziektes verder zijn weggewerkt en de productieketen in staat is volgens hun eisen te functioneren.
Hoewel er voor silicium-koolstof op zich ook alweer alternatieven zijn, lijkt het specifiek voor smartphones en andere draagbare toestellen wel de meest waarschijnlijke piste om in de toekomst meer batterijcapaciteit met dezelfde vormfactor te realiseren. De vraag is vooral wanneer dit handige voordeel evolueert naar de standaardkeuze binnen de industrie. Als de productie goedkoper wordt, er op schaal geleverd kan worden en de degradatie in de praktijk onder controle blijft, dan wordt het voor grote merken steeds moeilijker om níét te volgen. Tot dan blijven we in de huidige, weliswaar interessante fase zitten van technologie die nu al echte, alledaagse winst oplevert, maar die nog net genoeg vraagtekens heeft om de meer conservatieve kampioenen van de industrie op hun handen te laten zitten.
Schrijf je in op onze nieuwsbrief en ontvang elke week het beste van Clickx in je mailbox.
Volg Clickx op Google Nieuws om onze nieuwste artikels in je feed te krijgen. Vergeet niet om op ‘Volgen’ te klikken.
Krijg Clickx magazine 10 keer per jaar (waarvan 2 extra dikke dubbelnummers) keurig thuisbezorgd.
