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これまで、薄型のスマートフォンを作るということは、従来のバッテリーをよりスリムで堅牢性の低いものに交換することを意味していました。薄型なのにバッテリー寿命が短いスマートフォンでは、一体何の意味があるのでしょうか？ 注目のシリコンカーボンバッテリー技術がその答えとなるかもしれません。
この技術は徐々に注目を集め始めています。数十年にわたって研究され、既に著名な製品に採用されています。Whoopのフィットネストラッカーは2021年からシリコンカーボンバッテリーを搭載しています。中国のスマートフォンブランドであるXiaomiとHonorも、最近ではこの技術をスマートフォンに採用しています。OnePlusはOnePlus 13に、そしてNothingも新型スマートフォン(3)に採用しました。これまでのところ、この技術の応用はフォームファクターによって分かれており、折りたたみ式スマートフォンはより薄型のデザインを、キャンディーバー型スマートフォンはより大きなバッテリー容量を実現しています。
Appleは今週、iPhone 17 Airを発表すると予想されており、厚さはわずか5.5mmと噂されており、史上最薄のiPhoneとなる。同社は、現代のiPhoneに期待されるバッテリー駆動時間に近い、あるいは同等の駆動時間を実現するために、シリコンカーボンバッテリーを採用している可能性がある。
薄い皮膚
ほとんどのスマートフォンの厚さは8～9mmです。Samsung Galaxy S25 Ultraは8.2mm、iPhone 16 Pro Maxは8.25mm、Google Pixel 10 Pro XLは8.5mmです。しかし、スマートフォンメーカーは数mm単位の薄型化をいとわず、2025年には超薄型デバイスが次々と登場しました。
サムスンは今春、わずか5.8mmのGalaxy S25 Edgeを発表しました。さらに新しいGalaxy Z Fold7は、展開時の厚さが4.2mmと驚異的ですが、Huaweiの三つ折りスマートフォンMate XT Ultimateは展開時の厚さが3.6mmと、それを上回っています。Tecnoのような小規模ブランドもこの動きに追随し、MWC 2025で超薄型スマートフォンを予告し、その後、厚さ5.93mmの端末を発表しました。
携帯電話メーカーが薄さを特徴として追求するのは今回が初めてではありません。2010年代初頭にも、同じメーカーが同様の競争を繰り広げました。Appleは2012年9月のイベントで、iPhone 5について「これまでで最も薄い携帯電話」と初めて発表しました。厚さ7.6mmというiPhone 5は、当時世界最薄のスマートフォンとまで謳われました。その後もさらに薄型化が進み、2014年のOppo R5は4.85mmでした。
| 2025年の最薄型スマートフォン | 広告厚さ | シリコンカーボン電池？ |
|---|---|---|
| Huawei Mate XT Ultimate | 3.6 mm（展開時） | ✅ |
| オナーマジックV5 | 4.1 mm（展開時） | ✅ |
| サムスン ギャラクシー Z フォールド7 | 4.2 mm（展開時） | ❌ |
| iPhone 17エア | 5.5 mm（噂） | 未定 |
| サムスン ギャラクシー S25 エッジ | 5.8ミリメートル | ❌ |
| ZTE ヌビアエア | 5.9ミリメートル | 未確認 |
| テクノスパークスリム | 5.93ミリメートル | ✅ |
薄さをめぐる新たな競争の中で、シリコンカーボンバッテリーを採用しているのは、今のところHuaweiやHonorなどごく一部の企業に限られています。Samsungはより慎重な姿勢を見せており、標準的なリチウムイオンバッテリーを採用し、ディスプレイの省電力化を図ることでバッテリー容量の少なさを補っています（同社のバッテリーに関するこれまでの実績を考えれば、当然のことです）。しかし、これらの改良だけでは不十分で、Edgeのバッテリー駆動時間は依然として物足りない状態です。
では、シリコンカーボンバッテリーとは一体何なのでしょうか？また、iPhone 17 Airにどのような影響を与えるのでしょうか？
提供：Group14 Technologies
シリコンカーボン電池とは何ですか?
リチウムイオン電池では、使用中にスマートフォンが放電すると、リチウムイオンが陽極から陰極へと移動します。充電すると、これらのイオンは陰極から陽極へと戻り、この繰り返しとなります。陽極は通常、グラファイトで作られています。
「シリコンカーボン電池」というのは実は誤称です。これらの電池はリチウムイオン電池であることに変わりありませんが、グラファイトアノードがシリコンカーボンアノードに置き換えられています。リック・ルッベ氏によると、シリコンは重量当たりグラファイトの約10倍のリチウムイオンを貯蔵できるそうです。ルッベ氏は、シリコン電池業界のトップ企業の一つであるGroup14のCEOです。他に、Enovix、Sila Nanotechnologies、Nexeonなどがこの分野で活躍しています。
典型的なリチウムイオン電池では、グラファイト負極が大きなスペースを占めます。ルエッベ氏によると、電池の設計にもよりますが、約60%を占めます。シリコン負極は電池内で占めるスペースが少なく、正極を拡張することでエネルギー密度を高めることができます。
Group14やSilaのような企業は、実際にバッテリーを製造しているわけではないことを特筆すべきでしょう。これらのシリコンアノードは、いわゆるドロップイン製品です。「私たちは粉末メーカーです。魔法の黒色粉末です」とルエッベ氏は言います。粉末状のシリコンカーボンアノードは、スマートフォンやノートパソコン用のバッテリーを製造するATLのようなバッテリーメーカーに送られます。ATLのような企業は、グラファイト粉末をシリコンカーボン混合物に置き換えるだけで、生産を中断することなく生産できます。
スマートフォンメーカーには2つのアプローチがあります。OnePlus 13のように、スマートフォンの厚さは従来とほぼ同じにしつつ、バッテリー容量を増やすという方法です。これにより、バッテリー駆動時間を延ばすことができます。あるいは、バッテリーをそれほど大きくする必要がなくなったため、エネルギー容量は従来モデルとほぼ同じに保ち、省スペース化によって薄型化を図るという方法もあります。
Honor、OnePlus、Nothingなどのメーカーは、最新のキャンディーバー型スマートフォンにシリコンカーボンを採用しています。これらのデバイスは、大部分が標準的な厚さを維持し、バッテリー容量が増加しています。例えば、OnePlus 13は6,000mAhの大容量バッテリーを搭載し、前モデルよりも薄型化されていますが、厚さは8.5mmと、従来のスマートフォンとほぼ同等です。
Appleは、条件付きで後者のアプローチを採用しました。噂によると、iPhone 17 Airのバッテリー容量は約2,900mAhで、特に6.6インチの画面サイズでは、以前のiPhoneモデルと比べて大幅に減少します。しかし、Appleは、今年初めにiPhone 16eで初めて採用された、より効率的なC1モデムなど、省電力技術でそれを補い、他のiPhoneと同等のバッテリー駆動時間を確保しようとしているようです。
ルエベ氏は、グループ14のシリコン・カーボン複合材がiPhone 17 Airのバッテリーに使用されているかどうかについてコメントを控えた。シラ・ナノテクノロジーズとエノビックスもコメント要請にすぐには応じなかった。
落とし穴は何ですか?
シリコン電池の問題は膨張することです。ルエッベ氏によると、原料のシリコンをリチウム化すると、体積は最大で元の3倍に膨張することがあります。リチウムイオン電池も膨張します。これは様々な原因で発生するため、おそらく聞いたことがあるか、あるいは実際に経験したことがあるでしょう。これは何らかの不具合が発生し、電池が安全上のリスクにさらされていることを意味します。
研究者や企業が何十年もかけて解決に取り組んできたのはこの問題であり、その解決策は「カーボン」という名称に隠されています。ここからは少し技術的な話になりますが（シリコン陽極メーカーはそれぞれ独自のプロセスを持っています）、ルッベ氏によると、Group14のアプローチは多孔質炭素材料から始めることです。
「炭素スポンジを想像してみてください。ただし、そのスポンジの細孔は分子幅の1桁程度です。10ナノメートルにも満たないのです」と彼は言う。これらの細孔はシランガス（シリコン）で満たされているが、その量は半分程度だ。残る粒子はシリコン、炭素、そして空隙で構成されている。リチウムイオンが正極から負極へと移動し、シリコンがリチウム化すると、シリコンは膨張して粒子の空隙を埋める。
「粒子レベルで膨張を緩和するため、バッテリーは膨張の影響を受けず、バッテリーを安定させ、優れたサイクル寿命を実現します」とルエッベ氏は語る。「それが本発明の重要な洞察です。膨張を内部化する方法を確実に理解し、バッテリーの化学的性質や機械的な動作から隔離するのです。」
ヴィンセント・シェブリエ氏は15年間シリコン分野の研究者として活躍し、バッテリーコンサルティング会社Cyclikalのパートナーを務めています。彼は、シリコンはリチウムイオン電池の材料として今後も使用され続けるものの、より広範な普及にはコストなど、まだいくつかの課題があると指摘しています。
Group14のような企業は、固体シリコンの代わりにシランガスを使用しています。これによりバッテリー性能は向上しますが、コストは10倍になる可能性があります。そのため、バッテリーメーカーへの複合材料の販売が難しくなり、家電製品の価格が上昇する可能性があります。iPhone 17 Airの価格は1,099ドル前後になると噂されており、後継機種と目されているiPhone 16 Plusより200ドル高くなる可能性がありますが、関税など他の要因も価格に影響を与える可能性があります。
シェブリエ氏はまた、シリコンカーボンメーカーがエネルギー密度を誇張して主張しているのをよく目にすると述べています。例えば、Group14はウェブサイトで、同社のシリコンバッテリーは従来のリチウムイオンバッテリーに比べて最大50%高いエネルギー密度を実現できると謳っています。しかし、グラファイトの代わりにシリコンカーボンを単に使用し、バッテリー本体にほとんど変更を加えないのであれば、シリコンカーボンアノードへの切り替えでエネルギー密度が10%向上する程度でしょう。バッテリーセルを再設計すれば、最大30%の向上も期待できます。
シリコンカーボン電池は、グラファイトよりもサイクル寿命が短いという欠点もあります。サイクル寿命とは、バッテリーの容量が80%以下に低下するまでに、バッテリーがフル充電から放電（0%から100%）までを何回繰り返すことができるかという点です。シリコンのエネルギー効率、つまりバッテリーに投入されたエネルギーのうち、どれだけが熱として放出され、どれだけがエネルギーとして蓄えられるかという点に関して、シェブリエ氏は「グラファイトよりも熱として失われるエネルギーが多い」と述べています。
グラファイトは5,000回の充電サイクルを達成できる可能性があるが、Group14の複合材料は1,000サイクル、つまり約3年（電話をフル充電する頻度にもよる）でしか持たない。しかし、シェブリエ氏は、グラファイト陽極を使用した現在のバッテリーは5,000回の充電サイクルには達しないと指摘する。これは、Appleなどの企業がより高いエネルギー密度を詰め込んでいるためで、バッテリーには負担がかかるものの、電話は一日中動作し続ける。iPhoneのバッテリーが2年間使用した後ほど長持ちしないのはそのためだ。iPhone 16のバッテリーは、1,000回の充電サイクルで容量の80%を維持できる。シリコンカーボンに切り替えても、バッテリーの寿命に必ずしも大きな違いが出るわけではないかもしれない。
だからそれは続く
覚えておくべき重要な点は、シリコンカーボンアノードをはじめとするバッテリーの長年の進歩にもかかわらず、余剰電力の一部を奪おうとする新しい技術が同時に登場しているということです。スマートフォンに搭載されるAI機能は増え続けており、電力を消費できるなら喜んで消費するでしょう。つまり、デバイスメーカーがシリコンカーボンアノードを搭載してバッテリー容量を拡大したとしても、バッテリー寿命が長くなるとは限りません。
iPhone 17 Airの場合、Appleは省スペース化を実現するシリコンカーボンアノードを活用し、画面を小さくすることなく薄型軽量設計を実験的に試し、消費者の支持を得られるかを探っている。また、将来の折りたたみ式iPhoneのテストの場となる可能性もある。Appleは、従来のiPhoneと比べて大幅に厚くならないよう配慮するだろう。
同社がこの設計で適切なバッテリー寿命を実現できるかどうかは、実際にAirを試してみることができるまで待たなければならないだろう。
