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Les batteries avec une durée de vie ultra-longue pourraient à terme devenir une réalité
Les batteries avec une durée de vie ultra-longue pourraient à terme devenir une réalité
au regard des diverses avancées présentées au CES 2022
Le CES 2022 était une occasion pour quelques sociétés de l'électronique grand public de présenter les prouesses réalisées ces dernières années dans le domaine des batteries. Le fabricant d'équipements électroniques HyperX a, par exemple, dévoilé "Cloud Alpha Wireless", un casque de jeu sans fil censé offrir 300 heures d'utilisation continue sur une seule charge. Et les nouveaux écouteurs sans fil de Technics devraient atteindre une autonomie de 50 heures par charge. Il s'agit d'améliorations majeures de la durée de vie des batteries, mais il reste à savoir si ces produits seront à la hauteur du battage médiatique lorsqu'ils seront lancés.
HyperX aurait trouvé le moyen d'offrir plusieurs centaines d'heures d'autonomie
La durée de vie de la batterie est un problème majeur qui a toujours limité l’utilisation des appareils, principalement portables, fonctionnant avec l’énergie électrique. Des solutions ont progressivement vu le jour pour résoudre ce problème, mais le résultat est loin d'être atteint. On note par exemple les batteries construites à partir d’une technologie qui permet le chargement rapide, mais ce genre de batteries a en général une faible capacité de stockage d’électricité. D’autres par contre ont une forte capacité de stockage, mais les consommateurs doivent payer excessivement cher pour avoir une plus grande autonomie.
Les batteries ont des caractéristiques de charge et de décharge différentes et pour un dispositif donné, le type de batterie n’offre pas toujours la combinaison idéale de ces caractéristiques. De Tesla à Microsoft Research en passant par Intel et les centres de recherche de diverses universités, beaucoup essaient sans cesse de repousser ces limites. Désormais, certaines sociétés ont commencé à se vanter de progrès sans précédent dans le domaine des batteries. Alors qu'une autonomie de plusieurs dizaines d'heures était déjà une prouesse, certaines d'entre elles disent maintenant pouvoir offrir une autonomie de plusieurs centaines d'heures.
Au CES 2022, s'il y a un produit qui a poussé les affirmations sur l'autonomie de la batterie à un tout autre niveau, c'est bien le casque d'HyperX d'une autonomie de 300 heures. Le casque de jeu sans fil, appelé Cloud Alpha Wireless, est censé offrir 300 heures d'utilisation continue sur une seule charge lorsque le produit sera lancé au printemps. Ce chiffre est en hausse par rapport aux 30 heures par charge du modèle précédent d'HyperX, le "Cloud II Wireless", commercialisé à partir fin 2020. Cela représente une amélioration de 10 fois la durée de vie de la batterie en moins de deux ans.
Selon certaines critiques, une telle prouesse sur une si courte période est pratiquement inédite dans l'électronique grand public. HyperX a refusé de partager des détails spécifiques sur la façon dont il a réussi à accomplir ce bond, sauf pour dire qu'il a déployé une combinaison de technologies de batterie et de puce et qu'il a mis à jour sa "technologie à double chambre" et ses pilotes pour accueillir une batterie lithium-polymère (Li-Po) de 1 500 mAh. Outre HyperX, Technics, une filiale du groupe Panasonic, a déclaré que ses nouveaux écouteurs sans fil devraient atteindre une autonomie de 50 heures par charge.
Le fabricant de puces AMD a déclaré que ses nouvelles puces Ryzen devraient offrir une autonomie de 24 heures pour les ordinateurs portables. Même les constructeurs de voitures électriques étaient de la partie, Mercedes promettant près de 1 000 km par charge dans son prototype de véhicule Vision EQXX. Aucun de ces produits n'est encore disponible ; il est donc difficile de savoir s'ils seront à la hauteur du battage médiatique.
Il y aurait des inconvénients à repousser les limites de la densité énergétique
Les experts estiment que la durée de vie des batteries s'améliore dans l'électronique grand public, grâce à la combinaison de processeurs très efficace, d'états de faible puissance et d'un petit coup de pouce de technologies avancées comme l'anode en silicium. Mais elle n'est pas nécessairement dix fois meilleure. Les batteries lithium-ion conventionnelles ont leurs limites en matière de densité énergétique, et elles s'améliorent généralement d'un pourcentage à un chiffre chaque année. Cependant, ces derniers ajoutent qu'il y a des inconvénients à repousser les limites de la densité énergétique.
« Les batteries s'améliorent un peu, mais lorsque la densité d'énergie s'améliore, il y a généralement un compromis avec la durée de vie. Si vous vous adressez aux grandes entreprises d'électronique grand public, elles auront une mesure à atteindre, par exemple, la batterie doit durer 500 cycles sur deux ou trois ans. Mais d'autres petites entreprises pourraient opter pour des durées de fonctionnement plus longues, et s'accommoder du fait que le produit pourrait ne pas durer deux ans », a déclaré Venkat Srinivasan, chercheur en stockage d'énergie et directeur de l’"Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science".
Srinivasan, comme beaucoup d'autres technologues de nos jours, est optimiste quant à l'amélioration de la durée de vie des batteries grâce aux développements relativement récents de la technologie des anodes de silicium. (L'une des entreprises que Srinivasan conseille, appelée Enovix, a développé une architecture de cellule pour les batteries à anode de silicium qui, selon elle, la distinguera des autres sur le marché). Les batteries lithium-ion conventionnelles à base de graphite sont des batteries rechargeables dans lesquelles les ions lithium se déplacent de l'électrode négative (anode) vers l'électrode positive (cathode).
Un composant clé de ces batteries est le graphite, qui se trouve dans l'anode et qui est très conducteur. Dans les batteries à anode de silicium, des nanoparticules de silicium remplacent tout ou partie du graphite de l'anode. Ce silicium peut, en théorie, absorber plus de lithium que le graphite, ce qui équivaut à une plus grande densité énergétique ; il est également susceptible de gonfler et même de se fracturer.
D'autres améliorations de la durée de vie des batteries pourraient arriver bientôt
Sila Nanotechnologies est une autre entreprise qui vise à améliorer les batteries lithium-ion de près de 50 %. L'entreprise estime que sa technologie, Sila nano, peut contenir environ 24 fois plus de lithium sans gonfler. Elle travaille actuellement avec BMW et Daimler sur des batteries pour les véhicules électriques, ainsi que sur des batteries pour les produits électroniques grand public. En septembre 2021, le fabricant de bracelets Whoop a dévoilé une nouvelle version de son traqueur d'activité alimenté par des batteries intégrant la technologie Sila Nano, dont l'autonomie était censée être égale à celle du traqueur précédent (cinq jours), mais avec une pile beaucoup plus petite.
Le lancement du Whoop 4.0 était remarquable, car il contenait la toute première batterie Sila Nano intégrée à un produit de consommation. Mais le gadget a également été entaché par une série de plaintes de clients sur Reddit concernant des batteries Whoop qui ne se chargeaient pas et des délais de réponse du service clientèle. En outre, Enovix, une société basée à Fremont en Californie qui cherche à améliorer les batteries lithium-ion (Li-ion), travaille également sur une solution à base de silicium, mais elle adopte une approche légèrement différente. Elle fabrique ce qu'elle appelle une architecture de batterie au silicium "3D".
L'approche consiste à empiler les électrodes plutôt que de les enrouler dans la cellule de la batterie - une approche de la conception de la batterie qui emprunte aux méthodes de fabrication des puces, ce qui, selon la société, permet d'utiliser plus efficacement l'espace dans les batteries. Selon des critiques, l'approche d'Enovix est prometteuse. Toutefois, Harrold Rust, cofondateur et PDG d'Enovix, signale au moins quatre obstacles à l'adoption généralisée des batteries à anodes de silicium, qui sont inhérents à ces dernières. L'un d'entre eux est le gonflement qui se produit avec le silicium ; un autre, sa fabrication.
Gene Berdichevsky, le fondateur de Sila Nanotechnologies, a également déclaré que la fabrication de nanoparticules de silicium est difficile à mettre à l'échelle. Un autre problème est l'efficacité énergétique, qui varie d'un matériau à l'autre dans les batteries lithium-ion. Cela dit, Rust est optimiste. « Nous sommes assez persuadés que ce que nous disons que notre batterie peut faire, elle le fera, sur la base des tests que nous avons effectués », dit-il.
« Et nous espérons être dans des produits cette année qui le démontrent », a-t-il ajouté. Interrogé sur la question, HyperX, le fabricant des écouteurs de 300 heures, n'a pas voulu dévoiler la technologie qu'il utilise dans ses batteries. Toutefois, un porte-parole de l'entreprise a déclaré que les conceptions d'HyperX sont exclusives. Il a ajouté que pour l'instant, HyperX peut obtenir une autonomie supplémentaire à l'ancienne : en concevant des batteries plus grandes, en utilisant des processeurs hyperefficaces ou en utilisant certaines méthodes pour réduire la consommation d'énergie lorsque le casque n'est pas utilisé.
Par ailleurs, Srinivasan souligne qu'il existe un "parallèle" avec toutes ces avancées technologiques en matière de batteries, à savoir que l'électronique devient plus efficace alors que les entrepreneurs ont l'intention de pousser l'autonomie au maximum. « Je pense à la puce M1 d'Apple, qui est évidemment spécifique à Apple, mais l'idée est que les technologues réduisent au minimum la charge sur les batteries, alors que les batteries sont simultanément renforcées. Peut-être que la chose importante que nous voyons ici est la confluence de ces deux choses », a déclaré Srinivasan.
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