Voitures électriques, énergies renouvelables, smartphones et nouvelles technologies nomades : tous demandent des batteries plus puissantes, plus légères ou qui se rechargent toujours plus vite. Et on les veut aussi moins chères et moins polluantes. L’équation est dure à résoudre mais la recherche avance vite dans les laboratoires. Nous allons voir ici que les deux plus gros pôles de recherche sur les batteries dans les nouvelles technologies se concentrent sur deux problèmes bien distincts : l’autonomie des batteries et leur durée de vie.

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La grosse faiblesse de nos smartphones et de nos appareils électroniques : l’autonomie

Les piles/batteries au lithium-ion sont omniprésentes dans les appareils mobiles d’aujourd’hui en raison de leur poids léger et de leur charge à haute densité. Au cours des dernières années, il y a eu d’importantes avancées technologiques, mues principalement par la volonté de soutenir l’électrification future des véhicules, qui exige une grande quantité d’électricité et d’énergie assorties de normes de sécurité drastiques.

La plupart des batteries lithium-ion utilisées dans les téléphones ou les appareils photos contiennent des électrodes faites de feuillets de matière plastique. Leur assemblage permet d’obtenir une certaine flexibilité, ainsi qu’une forme et une capacité variables. Commercialisée sous le nom de batterie plastique à ions lithium Plion, elle est issue des recherches de Jean-Marie Tarascon, à la fin des années 1990.

tarascon-batterie

Une petite photo de Jean-Marie, rendre hommage est important !

Maintenant que nous avons fait un petit point historique, voici un peu d’informations utiles. Lorsque vous voulez savoir ce que vaut une batterie et si elle sera faite pour votre smartphone ou autre appareil électronique, voici les caractéristiques à observer :

Vérifier que le chargeur est compatible avec mon appareil

Tension nominale [U] (Unité : le volt, V) : tension moyenne d’une batterie observée sur la plus grande partie de sa décharge.

Le courant de charge [I] (Unité : l’ampère, A ou le mA) : Courant d’électrons circulant dans les câbles et résultant de la connexion d’une charge à une batterie.

Vérifier que la batterie est compatible avec votre appareil (chaque appareil ayant une tension de fonctionnement qui lui est propre)

La tension en charge : c’est la tension mesurée aux bornes d’une batterie connectée à sa charge, c’est-à-dire lorsqu’elle délivre un courant.

Capacité (le plus important pour vous): C (Unité : l’ampère-heure, Ah ou le mAh) : Capacité énergétique d’une batterie à délivrer un certain courant pendant un certain temps.

Voilà, tu sais maintenant déduire l’autonomie de tes technologies préférées… Félicitations 😉

 

Un petit exemple ne vous ferait pas de mal n’est-ce pas ? Voyons ensemble pour une batterie de 500 mAh :

500 mA pendant 1 h.

1A pendant ½ h.

10 mA pendant 50 h.

calculs_batterie

Maintenant que vous savez calculer l’autonomie théorique de votre smartphone, il faut savoir que cette autonomie va évidemment dépendre de l’usage que vous en faites.

Ainsi, même lorsque vous ne l’utilisez pas, un téléphone consomme de la batterie de par sa fonction initiale : être aux aguets pour recevoir un appel ou un sms ! Je ne parle même pas de laisser activé le bluetooth, le partage des données ou encore le wifi… Coupez donc tout ça si vous voulez une autonomie plus grande !

L’autonomie de votre smartphone est donc directement liée à la capacité de la batterie qui lui est associée. Pour cela les fabricants ont cherché à concevoir des batteries avec des matériaux ayant la plus forte densité énergétique (Wh/m²), c’est à dire la plus grande capacité à stocker de l’énergie. Voici pour exemple quelques uns de ces matériaux utilisés :

  • Plomb, 1e génération, 30 Wh/kg,
  • Nickel – cadmium (Ni – Cd), 50 Wh/kg ;
  • Nickel – zinc (Ni – Zn), 80 Wh/kg ;
  • Plomb 2e génération (2006), 75 Wh/kg;
  • Lithium – ion 1re génération (1992), 90 Wh/kg ;
  • Sodium – soufre (Na – S), 107 Wh/kg ;
  • Lithium Métal Polymère (LMP) (2004), 110 Wh/kg ;
  • Lithium polymère (Li – Po), 120 Wh/kg;
  • Lithium – ion 2e génération (2000), 125 à 150 Wh/kg;
  • Zinc – argent (2007), 200 Wh/kg;
  • Lithium – ion – manganèse ; également dénommée lithium – manganèse (2007), LiMn, 300 Wh/kg;
  • Lithium – soufre (Li – S) (2007), 300 Wh/kg;
  • Lithium – air ou lithium – oxygène, en cours de développement, entre 1 700 et 2 400 Wh/kg en pratique, théorique de 5 000 Wh/kg.

La recherche est donc en bonne voie !

Dernier point concernant l’autonomie de vos appareils électroniques, elle reste encore largement insuffisante la plupart du temps aux yeux des consommateurs. Le fameux “c’était mieux avant” fait de plus en plus son apparition pour les smartphones notamment. Mais il ne faut pas oublier que ces smartphones sont de plus en plus performants, avec des processeurs de plus en plus gourmands en batterie.

De nombreuses recherches sont en cours pour concevoir une batterie capable de donner une autonomie d’une semaine à un smartphone et de 1 000 km à une voiture électrique. Je prédis même que vu la demande urgente d’une telle batterie, celui qui la concevra recevra un prix Nobel, et n’aura qu’à se baisser pour ramasser les sommes d’argent faramineuses que débourseront toutes les industries électroniques pour avoir son secret.

Conclusion, si vous voulez être riche et célèbre, concevez la batterie du futur ! 

Les récentes découvertes sont cependant très prometteuses, au point que certains fabricants de batteries promettaient une autonomie des voitures électriques de 800 km pour la décennie, grâce à la batterie lithium air. Néanmoins pour l’instant, peu de voitures électriques peuvent dépasser 400 km sans recharge en usage standard. Il leur reste donc 3 ans pour réussir leur pari, courage !

L’obsolescence de nos appareils High-Tech est souvent liée à la durée de vie des batteries

Rentrons un peu plus dans le pratique maintenant pour voir un autre point critique des batteries Lithium-Ion équipant la plupart de nos appareils électroniques, je parle bien sûr de la durée de vie de ces batteries.

Deux raisons expliquent cette durée de vie insuffisante de nos batteries.

Premièrement : c’est notre faute !

Et oui, la plupart du temps c’est nous qui réduisons la durée de vie de nos batteries par un mauvais usage de celles-ci… Alors pour vous, on fait un petit tour d’horizon des bonnes pratiques avec sa batterie chérie. Soyez attentifs !

EST-IL RISQUÉ DE RECHARGER LA BATTERIE D’UN APPAREIL AVEC LE CHARGEUR D’UN AUTRE ?

La plupart du temps : Non mais.. attention.

Une grande majorité des batteries de smartphones et autres appareils high-tech, ont été conçues pour l’usage qui leur est destiné. Ainsi les tensions de charges, pour ne citer qu’elles, peuvent varier d’une batterie à une autre et charger sa batterie avec un chargeur qui n’a pas la même tension de charge peut tout simplement flinguer votre batterie, ou réduire drastiquement sa durée de vie…

Conseil : lisez bien les caractéristiques techniques du chargeur que vous comptez utiliser s’il n’est pas fourni d’origine avec votre batterie : sa tension de sortie doit être la même que votre tension de batterie, pareil pour son courant de sortie.

LAISSER UN APPAREIL BRANCHÉ TOUTE LA NUIT COMPORTE-T-IL DES RISQUES ?

Des risques, non, mais une consommation inutile, oui. D’abord parce qu’un chargeur consomme toujours un petit peu d’électricité lorsqu’il est branché au secteur. Ensuite, certes, les chargeurs intelligents stoppent la charge une fois la batterie pleine; mais si l’appareil reste branché, le chargeur rechargera cycliquement la batterie qui se sera à peine déchargée, d’où des microcycles de charge inutiles. Quand la charge est terminée, mieux vaut donc débrancher l’adaptateur de la prise électrique.

FAUT-IL QUE LA BATTERIE SOIT COMPLÈTEMENT DÉCHARGÉE AVANT DE LA RECHARGER ?

Certains fabricants conseillent de charger complètement la batterie de son appareil neuf avant de l’utiliser, et ensuite, d’attendre que la batterie soit totalement déchargée avant de la recharger. Il s’agit de mises en garde héritées des batteries sujettes à un phénomène appelé « effet mémoire », qui diminue les performances lorsque la batterie n’est pas complètement pleine avant d’être sollicitée, puis rechargée. Les technologies Ni-Cd et Ni-MH sont les plus concernées. Les batteries à base de lithium (Li-ion, les plus fréquentes dans les smartphones, les tablettes tactiles ou les appareils photo) ne le sont pas, ou alors très faiblement. Recharger la batterie sans attendre la décharge complète n’est donc pas très grave. Il serait même conseillé de préférer aux cycles de charge complets plusieurs recharges de courte durée.

UNE BATTERIE EST-ELLE SENSIBLE AU FROID, AU CHAUD, À L’HUMIDITÉ ?

Une batterie est sensible au froid : l’autonomie de votre appareil diminuera à mesure que descend le curseur du thermomètre. Mais elle retrouvera son niveau de performance une fois la température remontée. Tous les modèles ne sont pas sensibles aux mêmes températures, mais à partir de 0°C, mieux vaut garder son appareil dans une poche au chaud pour préserver son autonomie (ceux qui ont déjà skié avec leur téléphone dans la poche ont de déjà constater une autonomie réduite). L’humidité et la chaleur peuvent, elles, abîmer définitivement la batterie. Au-delà de 45°C, la batterie, sous pression, devient dangereuse. D’où l’importance de ne pas laisser son appareil au soleil ou dans un environnement trop humide.

Appliquez ces quelques conseils et votre batterie vous remerciera.

La deuxième raison qui explique la durée de vie insuffisante de nos batteries est plus fondamentale : la chimie.

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L’ensemble de nos batteries sont à base de lithium, et bien que ce métal rare et cher offre une grande densité énergétique pour alimenter efficacement nos appareils high-tech, il présente plusieurs défauts. Ses ressources naturelles sur la planète sont très limitées et le passage de l’électricité dans ce type de batterie occasionne l’apparition de fibres au cœur de la pile, réduisant du même coup sa longévité. Une obsolescence toute naturelle, qui tue irrémédiablement les composants et surtout les électrodes qui permettent au courant de circuler. Après environ 7 000 cycles de charge et de décharge votre batterie sera bonne à jeter. Et ne vous trompez pas de poubelle ça peut être dangereux !

Pour ce problème là, un seul remède : la recherche. Tout comme l’autonomie de la batterie, le prix Nobel reviendra au chercheur qui aura découvert ou fabriqué un matériau capable de vivre beaucoup plus longtemps de cycles charge/décharge.

En matière d’innovations de batteries, beaucoup de choses ont donc été annoncées. Nous pouvons citer notamment Huawei, qui a dévoilé deux prototypes de batteries permettant une charge ultra-rapide. Le premier qui offre 3000 mAh se rechargerait à 48% en 5 minutes, le second de 600 mAh, peut être rechargé à 68% en 2 minutes. De quoi définitivement en finir avec les problèmes d’autonomie en fin de journée à condition d’avoir une prise électrique sous la main. Technologiquement, le géant explique avoir utilisé une batterie de type Lithium-Ion dotée d’atomes de graphite au niveau de l’anode. Mais comme d’habitude, la promesse technologique ne s’accompagne pas d’un calendrier de mise en production massive.

Dans le même esprit, on peut évoquer la découverte de scientifiques de Stanford, qui eux ont réussi à mettre au point une batterie fonctionnelle aluminium-ion. Cette dernière ne manque pas d’atouts : l’aluminium est plus écologique que le lithium, son utilisation permet de plier la batterie, d’allonger son endurance et de réduire le temps pour la recharger : une minute pourrait suffire, le rêve pour tout mobinaute qui se respecte. Autres avantages : une propension à moins chauffer (et donc à s’enflammer) et un coût unitaire réduit. La batterie présentée peut délivrer une tension de 2 volts et supporter 7500 cycles de charge, une première avec l’aluminium. Rappelons que les batteries traditionnelles “tiennent” environ 1000 cycles.

On peut également évoquer les recherches d’une étudiante de l’université d’Irvine en Californie qui vient de découvrir une manière révolutionnaire d’allonger la durée de vie des batteries lithium. Ou encore les annonces du CNRS qui mise sur le sodium-ion pour changer la donne. Google travaille sur une technologie à base d’aluminium, alors qu’Apple semble pousser sa R&D vers différentes technologies en la matière.

Les avancées technologiques sont donc imminentes, encore un peu de patience et nous pourrons pleinement profiter de batteries immortelles et de smartphones qui tiennent des semaines sans voir l’ombre d’une prise électrique !

Car la liberté, c’est d’abord s’affranchir de ces liens qui nous retiennent prisonniers. (Je parle des câbles électriques 😉 )