6 choses à savoir sur les batteries de vos smartphones

L’autonomie des batteries est la plus grande plainte des utilisateurs de smartphones ! En effet, sans l’incontournable rituel de la recharge de la batterie tous les soirs, on ne peut pas profiter pleinement de toutes les fonctionnalités de ces merveilleux objets. Est-il possible d’améliorer cette situation ?
Au fait, aucun fabricant de smartphone ne peut répondre à la question entièrement, parce qu’ils sont tous confrontés à un dilemme fondamental : concevoir des appareils plus performants et plus rapides alors que les batteries actuelles n’arrivent pas à suivre la cadence. Il faut quand même rappeler que si la technologie des smartphones a évolué d’innovation en innovation de manière fulgurante, la technologie Li-ion (Lithium-ion) des batteries date de 1990 et n’a pas connu d’avancée majeure depuis.
Voici donc six choses à savoir sur les batteries de nos smartphones pour y voir un peu plus clair. Go !


1. Comment se présente une batterie Li-ion ?
La batterie Lithium ion est formée par un assemblage de cellules. Chaque cellule comprend deux électrodes (une positive en métal lithié et une négative en graphite) qui baignent dans un liquide conducteur (l’électrolyte). A une extrémité de la batterie, une carte PCB (printed circuit board) est reliée aux bornes positive et négative de chaque cellule et fournit une protection active contre les courts-circuits, les surcharges et les décharges forcées.
Lorsqu’une batterie se décharge, les particules ionisées circulent de l’anode (-) vers la cathode (+) et produisent du courant (des électrons). En charge, les particules circulent dans l’autre sens, et la batterie se charge. Charge et décharge complètes forment un cycle. Les accumulateurs li-ion actuels possèdent une durée de vie comprise entre 500 et 1000 cycles de recharge.

2. Quelles sont les caractéristiques d’une batterie ?
Chaque batterie possède une capacité, exprimée en milliampères-heure (mAh), et une tension (tension moyenne d’une cellule) indiquée en volts (V). Autre caractéristique importante, la densité d’énergie qui détermine combien de « jus » vous pouvez emballer dans une taille donnée (volumétrique) ou un poids donné (gravimétrique).

3. Comment augmenter la densité d’énergie ?
Malheureusement, à cause des contraintes de poids et d’encombrement, augmenter cette densité énergétique est un véritable casse-tête pour les fabricants. C’est pourquoi les batteries non amovibles sont populaires auprès des concepteurs de smartphones et de tablettes. En effet, sans l’étui de protection nécessaire pour manipuler la batterie sans danger (et qui n’ajoute rien à la capacité) les batteries non amovibles sont plus minces et permettent, théoriquement, de mettre plus de jus dans un espace restreint.
En réalité, la densité de l’énergie est influencée par l’épaisseur et le rapport entre la largeur (X) et la longueur (Y) d’une batterie. En effet, la densité d’énergie volumétrique diminue à mesure que la poche abritant les cellules s’amincit parce que l’étui occupe un pourcentage plus élevé du volume de la batterie. Aussi, le rapport optimal XY est important, plus une batterie est étroite et longue plus il y a de place pour les matières actives qui stockent de l’énergie. Globalement, une batterie plus épaisse et plus longue que large fournira une meilleure densité d’énergie volumétrique qu’une batterie plutôt carrée.

4. Les batteries Li-ion n’aiment pas la chaleur
Exposer une batterie à la chaleur est nuisible pour sa santé. La chimie Li-ion dépend d’un liquide, l’électrolyte qui réagit avec l’humidité résiduelle pour créer l’acide fluorhydrique, très corrosif. Ce processus double de vitesse à chaque augmentation de température de 10°C. Le résultat en est la réduction du cycle de vie de la batterie. Pire encore, les cellules Li-ion auront tendance à générer elles-mêmes de la chaleur pendant la charge et la décharge !
Votre batterie chauffera si vous réalisez régulièrement des recharges complètes (de 0 à 100%), si vous utilisez votre smartphone pendant qu’il est en charge et si vous privilégiez les technologies de rechargement sans fil ; mais aussi un usage intensif de votre beau smartphone survitaminé, d’une part, vous obligera à le recharger fréquemment et d’autre part fait chauffer les composants matériels qui feront chauffer votre batterie. Sur ce dernier point, il faut prendre en considération l’architecture de votre smartphone et son impact sur la dissipation de la chaleur.

5. Batterie et architecture d’un smartphone
La disposition des composants à l’intérieur d’un smartphone constitue un facteur important. Certains fabricants adoptent l’approche à trois couches : écran, circuits puis la batterie (Motorola Droid Razr par exemple). Apple opte pour deux couches, l’écran puis toute l’électronique – avec un espace sculpté pour la batterie.
Quelles que soient les avantages de chaque approche, la batterie la plus étroite (plus longue que large) et la plus épaisse possible offrira une densité énergétique supérieure. Mais dans une approche à trois couches, c’est plus difficile de protéger la batterie des composants qui génèrent de la chaleur et raccourcissent ainsi la vie de la batterie.

6. La chimie ! L’ultime solution
Seuls les progrès de la chimie peuvent donner aux concepteurs de smartphones plus de choix et de marge dans leur quête d’une meilleure autonomie. Des travaux de recherche prometteurs avec de nouvelles matières actives ont vu le jour. L’un d’eux s’est penché sur un nouvel électrolyte Li-imide qui ne génère pas de l’acide fluorhydrique et délivre une amélioration spectaculaire de la stabilité thermique. Il permet également de concevoir des batteries plus minces en éliminant le gonflement qui caractérise les cellules Li-ion actuelles et qui oblige les concepteurs à sacrifier de l’espace pour en tenir compte.
La même recherche estime que l’idéal serait d’avoir des électrodes négatives à base de silicium combinées avec le nouvel électrolyte mentionné ci-dessus pour augmenter de 20 pour cent l’autonomie d’une batterie de même taille.
D’autres chercheurs essaient aussi de voir ce qu’ils pourraient faire avec du sodium, proche du lithium et très abondant (les ressources terrestres en lithium sont limitées).

Verrons-nous bientôt se réaliser notre rêve de smartphones performants avec une autonomie d’un Nokia 3310 ? Qui sait !
A suivre …

Rédacteur invité : Anouz
Source : cnet.com, cvc.u-psud.fr