新しいiPhone XSのバッテリーを支える巧妙なエンジニアリング

iPhone XSのレビューで圧倒的に多いのは、Appleの最新フラッグシップスマートフォンが昨年のiPhone Xとほとんど変わらないという意見だ。見た目も機能もほぼ同じで、価格も依然として高額だ。しかし、こうした類似点の裏には、ある重要な違いが隠されている。それは、Appleの革新的なイノベーション、つまり、あり得ない形状のバッテリーだ。

iPhone Xと今年のiPhone XS Maxはどちらも、デュアルセルバッテリーを搭載しています。つまり、2つの長方形のリチウムイオンバッテリーユニットを互いに直角に配置し、スマートフォンの電力を供給しているのです。この2つのユニットはL字型に組み合わさり、スマートフォンの中に収まっています。

特に面白い点はありません。今日、どんなスマートフォンを分解しても、内部に多少の違いが見られます。（注：スマートフォンを分解しないでください。）モバイル機器のバッテリーは、一般的にはサードパーティメーカーに外注されており、その製造工程はごく普通です。しかし、iPhone XSの場合は違います。最近のiFixitの分解レポートによると、デュアルセル構造がL字型のシングルバッテリーに置き換えられているのです。

Lを取る

当然の疑問は「なぜ？」でしょう。答えは見た目ほど複雑ではありませんが、一つ注意点があります。2つの大きなバッテリーを連結するのではなく、1つの大きなバッテリーにすることで、パッケージを少し削減し、バッテリー間の小さな隙間をなくして容量を最大化できます。小さな電車の車両が2両並んでいるところを想像してみてください。その隣に、2両分の長さの車両をもう1両置きます。壁が2つとその間のスペースがなくなるため、1つの車両により多くのものを収納できます。同じ原理が当てはまります。

「彼らはあらゆるものを小型化しようとしています。バッテリーには、できる限り高いエネルギー密度を詰め込まなければなりません」と、エネルギー貯蔵研究共同センターの副所長、ベンカット・スリニヴァサン氏は語る。「常に自問自答しているんです。バッテリー内で不活性な部分を減らせないか？集電体をもっと薄くできないか？セパレーターをもっと薄くできないか？そして最終的にはパッケージももっと薄くできないか？」

どのモバイル企業も、時には熱心に、そして時に過剰に、この傾向を何らかの形で追求している。（サムスンのGalaxy Note 7の爆発事故を参照。）しかし、Appleは事態の好転に初めて挑戦した。そして、それはおそらくこれまでで最も難しい試みかもしれない。

AppleがL字型バッテリーを製造できるのは、2012年に出願した特許のおかげでしょう。この特許は、リチウムイオンバッテリーの内部を好きな形に収める新しい方法を詳細に説明しています。Appleがこの技術を初めて応用したのは2015年で、同年の新型MacBookで新しい「テラス型」バッテリー設計を導入しました。このとき、バッテリー層を湾曲させて積み重ねることで、筐体のあらゆる隙間を埋め尽くしました。

iPhone XSのバッテリーは、まさにその画期的な進歩をスマートフォンに初めて搭載したようだ。理論上、バッテリーの搭載スペースは最大限に活用される。「外側のフォームファクターはデザインチームによって決定され、各コンポーネントはそれぞれの占有スペースを占める。残りの部分をバッテリーと一緒に収納できれば素晴らしい」とスリニヴァサン氏は語る。「L字型のデザインなら、パッケージを可能な限り小さくすれば、多少のスペースは確保できる」

しかし、同時に、恐ろしい化学反応に遭遇する可能性もあります。そこでアスタリスクが登場します。

もう一つのノッチ

iPhone Xは、カメラ部品を収めた前面の黒い窪み「ノッチ」を世に広めたことで有名です。iPhone XSのバッテリーにもノッチがあり、内側の角を囲む緩衝材のような役割を果たし、バッテリーが傾いた際にも安定性を保つように設計されています。実際、L字型のケースの内側にあるバッテリーは、J字型に近い形をしています。

理由は、バッテリーはエッジを嫌うからです。エッジが増えれば増えるほど、潜在的な問題も増えるからです。

「このようなバッテリーに内角があることには、2つの問題があります。そもそもバッテリーの層を折り曲げるのは非常に複雑で複雑な工程です」とiFixitのライター、テイラー・ディクソン氏は言います。「しかし、層を折り曲げた後に内角があると、その部分を平らに密閉するのが難しくなります。また、バッテリーが高温になった際に熱膨張によってシーラントが破損したり腐食したりしやすくなります。」

ノッチは、角の周りに砂場のような緩衝材を作り出します。iPhone XSのバッテリーは、鋭角ではなく曲線を描いており、長期的な信頼性を高め、Note 7のようなサイズにはならないはずです。ディクソン氏によると、ノッチによってAppleはバッテリーをL字型のパッケージから突き出ることなく、しっかりと密閉できる十分なスペースを確保できるとのことです。

しかし、ノッチの結果として、Appleは容量を増やしたのではなく、むしろ犠牲にしてしまったようだ。iPhone XSのバッテリー容量は2,659mAhで、昨年のiPhone Xは2,716mAhでわずかに上回っている。XSのバッテリー容量はXよりも小さくなっている可能性がある。これは他の部品にスペースを割くためだ。新型モデルはRAMが多く、カメラセンサーも大型化している。しかし、ディクソン氏は、XSとXのバッテリー容量はほぼ同等であり、ノッチによってデュアルセルからシングルセルへの移行によるメリットが相殺されていると考えている。これは、XS Maxが今年の移行をスキップした理由も説明できるかもしれない。Appleはコメント要請に回答しなかった。

しかし、こうしたトレードオフは、この画期的な進歩を決して色褪せるものではない。特に、それが何を意味するかを考えるとなおさらだ。「将来的には、より小型のデバイスに大容量のバッテリーを搭載できるようになることは間違いありません。なぜなら、彼らは筐体全体をバッテリーで埋め尽くすという夢を実現しているからです」とディクソン氏は語る。

少なくとも、画期的なバッテリー素材が登場するまでは、Appleや企業ができることはこれくらいしかない。実現にはしばらく時間がかかるかもしれない。

「私はバッテリー科学者で、常に新しい素材の発見に取り組んでいます。でも、それは本当に大変なことです」とスリニヴァサン氏は語る。「一方で、企業側も『バッテリー素材の改良を待つ間、今あるスペースにもっと詰め込める方法を見つけられないか？』と模索しています。こうした設計がどのようにして生まれるのか、お分かりいただけると思います。そうすれば、もう少し詰め込めるんです」

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