Lịch sử cho thấy, việc tạo ra một chiếc điện thoại mỏng thường đồng nghĩa với việc phải đánh đổi dung lượng pin và thời gian sử dụng. Và một chiếc điện thoại mỏng nhưng pin yếu thì có ý nghĩa gì? Công nghệ pin carbon-silic đang nổi lên như một giải pháp đột phá cho bài toán này, và có thể là chìa khóa giúp Apple tạo ra iPhone 17 Air siêu mỏng chỉ 5,5 mm mà vẫn đảm bảo thời lượng pin tương đương các mẫu iPhone truyền thống.

Công nghệ này đã âm thầm phát triển trong nhiều năm qua. Nghiên cứu về nó đã diễn ra trong hàng thập kỷ, và hiện đã được ứng dụng trong nhiều sản phẩm đáng chú ý. Vòng đeo tay theo dõi sức khỏe Whoop đã sử dụng pin carbon-silic từ năm 2021. Các thương hiệu điện thoại Trung Quốc như Xiaomi và Honor gần đây cũng đã ứng dụng công nghệ này; OnePlus sử dụng nó trong OnePlus 13, và thậm chí Nothing cũng đã trang bị cho Phone (3) mới của họ. Cho đến nay, ứng dụng của công nghệ này đã được chia thành hai hướng chính: điện thoại gập với thiết kế mỏng hơn và điện thoại thanh candy bar với dung lượng pin lớn hơn.

Pin Carbon-Silic Là Gì?

Cơ chế hoạt động cơ bản

Trong pin lithium-ion truyền thống, các ion lithium di chuyển từ anot đến catot khi điện thoại của bạn xả pin trong quá trình sử dụng. Khi sạc lại thiết bị, các ion này di chuyển từ catot trở lại anot. Anot trong pin truyền thống thường được làm từ graphite.

"Pin carbon-silic" thực ra là một tên gọi không chính xác. Chúng vẫn là pin lithium-ion; tuy nhiên, anot graphite đã được thay thế bằng anot carbon-silic. Theo Rick Luebbe, CEO của Group14 - một trong những công ty hàng đầu trong lĩnh vực pin silic - silic có thể lưu trữ nhiều ion lithium gấp khoảng 10 lần so với graphite tính theo trọng lượng.

Anot graphite chiếm một lượng không gian lớn trong pin lithium-ion thông thường—khoảng 60%, theo Luebbe, tùy thuộc vào thiết kế pin. Anot silic chiếm ít không gian hơn trong pin, tạo điều kiện cho mật độ năng lượng cao hơn bằng cách mở rộng catot.

Điều đáng chú ý là các công ty như Group14 hay Sila không trực tiếp sản xuất pin; các anot silic-carbon của họ là sản phẩm "drop-in". "Chúng tôi là nhà sản xuất bột—bột đen kỳ diệu," Luebbe nói. Bột anot carbon-silic được gửi đến các nhà sản xuất pin như ATL, công ty sản xuất pin cho điện thoại thông minh và laptop. Một công ty như ATL có thể đơn giản thay thế bột graphite của họ bằng hỗn hợp carbon-silic mà không gặp trở ngại.

Hai cách tiếp cận với công nghệ pin mới

Nhà sản xuất điện thoại có thể áp dụng một trong hai cách tiếp cận. Họ có thể giữ độ dày của điện thoại thông minh gần như tương tự như trước đây, nhưng tăng dung lượng năng lượng của pin, như OnePlus 13. Điều đó có thể đảm bảo thời gian sử dụng pin lâu hơn. Hoặc, vì pin không cần phải lớn như trước nữa, họ có thể giữ dung lượng năng lượng gần như tương tự như các mẫu trước đó và tận dụng không gian tiết kiệm được để làm mỏng điện thoại.

Các nhà sản xuất như Honor, OnePlus và Nothing sử dụng carbon-silic trong các điện thoại dạng thanh mới nhất của họ. Những thiết bị này vẫn duy trì độ dày tiêu chuẩn nhưng có dung lượng pin tăng lên. Ví dụ, OnePlus 13 có pin lớn hơn 6.000 mAh và mỏng hơn so với người tiền nhiệm, nhưng độ dày 8,5 mm của nó vẫn tương đương với hầu hết các điện thoại thông thường.

Apple dường như đã chọn cách tiếp cận thứ hai. Theo tin đồn, dung lượng pin của iPhone 17 Air sẽ khoảng 2.900 mAh, giảm đáng kể so với các mẫu iPhone trước đó, đặc biệt là với kích thước màn hình 6,6 inch. Tuy nhiên, công ty này được cho là đang bù đắp bằng các thủ thuật tiết kiệm pin để đảm bảo thời lượng pin vẫn tương tự như các iPhone khác, bao gồm modem C1 hiệu quả hơn của Apple đã ra mắt trên iPhone 16e vào đầu năm nay.

Thách Thức Và Giải Pháp Kỹ Thuật

Vấn đề với pin silic: Sự giãn nở

Vấn đề với pin silic là chúng giãn nở. Khi bạn lithium hóa silic nguyên chất, Luebbe cho biết, nó có thể giãn nở gấp ba lần thể tích ban đầu. Pin lithium-ion cũng phồng lên; bạn có thể đã nghe nói hoặc thậm chí đã trải nghiệm điều này, vì nó có thể xảy ra vì nhiều lý do. Điều đó có nghĩa là đã có sự cố xảy ra, và pin hiện gây ra rủi ro về an toàn.

Đây là vấn đề mà các nhà nghiên cứu và công ty đã dành hàng thập kỷ để giải quyết, và giải pháp nằm ở phần carbon trong tên gọi. Nó bắt đầu trở nên hơi kỹ thuật ở đây—và mỗi công ty anot silic có quy trình độc quyền riêng—nhưng Luebbe nói cách tiếp cận của Group14 là bắt đầu với vật liệu carbon xốp.

"Hãy tưởng tượng một miếng bọt biển carbon, nhưng các lỗ của miếng bọt biển đó có kích thước phân tử một chữ số. Chúng tôi đang nói về các lỗ rộng chưa đến 10 nanomet," ông nói. Các lỗ này được lấp đầy bằng khí silane (silic), nhưng chỉ khoảng một nửa. Hạt bạn có được bao gồm silic, carbon và không gian trống. Khi các ion lithium đi từ catot đến anot và silic lithium hóa, nó giãn nở để lấp đầy các khoảng trống của hạt.

"Nó giảm thiểu sự giãn nở ở cấp độ hạt, vì vậy pin không thấy sự giãn nở, nó ổn định pin, và bạn có được vòng đời chu kỳ xuất sắc," Luebbe nói. "Đó là cái nhìn sâu sắc quan trọng trong phát minh: thực sự tìm hiểu cách nội hóa sự giãn nở đó, để nó được cách ly khỏi hóa học và hoạt động cơ học của pin."

Ý kiến chuyên gia

Vincent Chevrier, một nhà nghiên cứu trong lĩnh vực silic trong 15 năm và là đối tác tại công ty tư vấn pin Cyclikal, cho biết mặc dù silic sẽ tồn tại như một vật liệu được sử dụng trong pin lithium-ion, nhưng vẫn còn một số thách thức để áp dụng rộng rãi hơn, bao gồm cả chi phí.

Các công ty như Group14 sử dụng khí silane thay vì silic rắn, điều này mang lại hiệu suất pin tốt hơn, nhưng có thể đắt gấp 10 lần. Điều đó có thể khiến việc bán composite của họ cho các nhà sản xuất pin trở nên khó khăn hơn, và có thể làm tăng giá của các thiết bị điện tử tiêu dùng. iPhone 17 Air theo tin đồn sẽ có giá khoảng 1.099 USD, tăng tiềm năng 200 USD so với iPhone 16 Plus mà nó dự kiến ​​sẽ thay thế, mặc dù có thể có các yếu tố khác ảnh hưởng đến giá của nó, như thuế quan.

Chevrier cũng cho biết ông thường thấy các nhà sản xuất carbon-silic thổi phồng các tuyên bố về mật độ năng lượng. Group14, ví dụ, cho biết trên trang web của họ rằng pin silic của họ có thể cung cấp mật độ năng lượng cao hơn tới 50% so với pin lithium-ion thông thường.

Nhưng nếu vật liệu chỉ được đưa vào để thay thế graphite và không có nhiều thay đổi khác với pin, bạn có nhiều khả năng sẽ thấy mức tăng 10% về mật độ năng lượng khi chuyển sang anot carbon-silic. Thiết kế lại pin, và sau đó mới có thể thấy mức tăng lên đến 30%.

Tuổi Thọ Và Hiệu Suất

Pin carbon-silic cũng có vòng đời chu kỳ kém hơn graphite. Đó là số chu kỳ sạc-xả đầy đủ (từ 0 đến 100%) mà pin trải qua trước khi dung lượng xuống dưới 80%. Về hiệu suất năng lượng của silic—bao nhiêu năng lượng đưa vào pin trở thành nhiệt và bao nhiêu được lưu trữ dưới dạng năng lượng—Chevrier nói "nhiều năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt hơn graphite."

Graphite có tiềm năng đạt được 5.000 chu kỳ sạc, trong khi composite của Group14 đạt 1.000 chu kỳ, hoặc khoảng ba năm, tùy thuộc vào tần suất bạn sạc đầy điện thoại. Tuy nhiên, Chevrier chỉ ra rằng pin hiện tại với anot graphite không đạt 5.000 chu kỳ sạc, vì các công ty như Apple nhồi nhét mật độ năng lượng cao hơn, điều này gây căng thẳng cho pin nhưng giúp điện thoại hoạt động suốt cả ngày. Đó là lý do tại sao pin iPhone không duy trì được lâu như ban đầu sau hai năm sử dụng. Pin iPhone 16 có thể giữ 80% dung lượng ở 1.000 chu kỳ sạc. Chuyển sang carbon-silic có thể không nhất thiết tạo ra nhiều khác biệt trong vòng đời của pin, bất chấp các tuyên bố ngược lại.

Nhà Sản Xuất Hàng Đầu Trong Lĩnh Vực Pin Carbon-Silic

Một số công ty đang dẫn đầu cuộc cách mạng pin carbon-silic bao gồm:

1. Group14 Technologies: Được thành lập bởi các cựu nhà nghiên cứu EnerG2, Group14 sử dụng công nghệ SCC55™ độc quyền để tạo ra composite carbon-silic. Công ty đã huy động được hơn 400 triệu USD và có nhà máy sản xuất tại Washington.
2. Sila Nanotechnologies: Thành lập năm 2011 bởi Gene Berdichevsky, cựu kỹ sư Tesla, Sila sử dụng quy trình khác để kết hợp silic vào các vật liệu anot. Đã huy động được hơn 900 triệu USD và hiện đang mở rộng sản xuất cho thị trường xe điện.
3. Enovix: Sử dụng công nghệ "Constraint Layer" độc quyền, tập trung vào kiến trúc pin 3D với anot 100% silic hoạt động. Công ty tuyên bố hiệu suất năng lượng cao hơn đáng kể so với các thiết kế truyền thống.
4. Amprius: Phát triển công nghệ nanowire silic cho dung lượng cực cao. Đã chứng minh mật độ năng lượng lên đến 500 Wh/kg, gần gấp đôi so với pin lithium-ion tiêu chuẩn.

Ứng Dụng Trong iPhone 17 Air Và Xu Hướng Tương Lai

Điều quan trọng cần nhớ là mặc dù có những tiến bộ trong pin trong những năm qua, bao gồm cả anot carbon-silic, các công nghệ mới xuất hiện cùng lúc để chiếm một phần sức mạnh dư thừa đó. Danh sách ngày càng tăng các tính năng trí tuệ nhân tạo chạy cục bộ trên điện thoại đang tăng lên, và chúng sẽ vui vẻ tiêu thụ thêm năng lượng nếu có thể. Điều đó có nghĩa là bạn có thể không tận hưởng thời lượng pin lâu hơn ngay cả khi nhà sản xuất thiết bị nhét vào anot carbon-silic và mở rộng dung lượng pin.

Trong trường hợp của iPhone 17 Air, Apple đang tận dụng lợi thế tiết kiệm không gian của anot carbon-silic và thử nghiệm với thiết kế mỏng nhẹ để xem liệu người tiêu dùng có quan tâm hay không, mà không cần phải dùng màn hình nhỏ hơn. Nó cũng có thể chứng minh là một bãi thử nghiệm cho iPhone gập trong tương lai—Apple sẽ đảm bảo nó sẽ không dày hơn đáng kể so với iPhone truyền thống.

Những điện thoại mỏng nhất năm 2025

Việc Apple có thành công trong việc cung cấp đúng lượng thời lượng pin trong thiết kế này hay không sẽ phải chờ đến khi chúng ta có thể trải nghiệm Air.

Công nghệ pin carbon-silic đại diện cho một bước tiến đáng kể trong việc phát triển thiết bị di động, cho phép các nhà sản xuất vượt qua những giới hạn trước đây về thiết kế và hiệu suất. Đối với iPhone 17 Air, công nghệ này có thể là yếu tố then chốt trong việc tạo ra một thiết bị vừa mỏng đến kinh ngạc vừa duy trì thời lượng pin có thể chấp nhận được.

Mặc dù vẫn còn những thách thức về chi phí, vòng đời chu kỳ và hiệu suất năng lượng, sự xuất hiện của pin carbon-silic trong ngày càng nhiều thiết bị hàng đầu cho thấy công nghệ này đang dần trở nên phổ biến. Khi công nghệ tiếp tục phát triển và chi phí sản xuất giảm xuống, chúng ta có thể mong đợi thấy pin carbon-silic trở thành tiêu chuẩn trong các thiết bị di động cao cấp, mở đường cho những thiết kế mỏng hơn, nhẹ hơn và mạnh mẽ hơn trong tương lai.