Futurology 1.1: les batteries plus petites et de plus grande capacité sont plus proches que jamais

De retour en début d’année dans notre série de Smartphones Futurology, nous avons discuté de la technologie derrière la batterie dans les smartphones et de ce qui nous attend à l’avenir. Cet article est une mise à jour rapide de cet article, qui passe en revue certains des développements récents dans les batteries basées sur la chimie du lithium - comme ceux qui alimentent la grande majorité des smartphones.

Nous verrons de plus près ce qui réduit la durée de vie de la batterie de votre téléphone avec le temps et le fait que des technologies à forte capacité, telles que les batteries au lithium-soufre et les anodes au lithium métal, sont en passe de devenir pratiques. Rejoignez-nous après la pause.

: Les dernières avancées technologiques en matière de batterie de téléphone

Pourquoi la capacité de votre batterie diminue avec le temps

Crédit image: Joint Center for Energy Storage Research

Un groupe dirigé par le Joint Center for Energy Storage Research aux États-Unis a réussi à rassembler des preuves sur les processus à l'origine de la détérioration des batteries au lithium au fil du temps. . Dans mon article original, j'ai mentionné les croissances dendritiques (ramifications comme un arbre) sur des anodes au lithium métal au fil du temps, réduisant ainsi la capacité de la batterie.

Dépôt de lithium métal sur une électrode de Li-Po dans le temps

Crédit: Centre commun de recherche sur le stockage d'énergie

L’équipe a mis au point une nouvelle méthode utilisant la technologie STEM (microscopie électronique à balayage en transmission - méthode d’analyse de très petites structures) pour observer ces dépôts dans une batterie lithium-polymère au fil du temps.

L'anode d'une batterie au lithium est ce qui détermine la capacité totale, et ces augmentations perturbent l'efficacité avec laquelle l'anode est capable de stocker des ions lithium et réduisent ainsi la capacité de la batterie. Il a également été démontré que ces excroissances dendritiques de lithium métal peuvent être dangereuses et provoquer des défaillances internes qui peuvent conduire à un gonflement de la batterie ou, pire, à une explosion. .

Grâce à ces capacités remarquables d’observation de tels processus, l’équipe a pu déterminer les facteurs qui contrôlent ces croissances, ce qui aidera les chercheurs sur le terrain à améliorer la longévité et la sécurité des batteries commerciales au lithium.

Améliorations du soufre-lithium

Crédit d'image: Université de Californie

Il y a eu une augmentation spectaculaire du nombre d'articles publiés sur la technologie lithium-soufre et, comme expliqué précédemment, cette technologie est considérée comme la prochaine étape de la technologie des batteries au lithium, remplaçant les cellules au lithium polymère largement adoptées. Récapituler:

Le lithium-soufre est un remplacement extrêmement attrayant pour les technologies actuelles car il est tout aussi facile à produire et a une capacité de charge supérieure. Mieux encore, il ne nécessite pas de solvants hautement volatils, ce qui réduit considérablement les risques d'incendie dus aux courts-circuits et aux perforations.

Plus d'informations sur les technologies au lithium-soufre et autres technologies de batterie futures

Récemment, un groupe de l'Université de Californie a résolu l'un des problèmes liés à la chimie du lithium et du soufre en publiant un article le mois dernier. .

Alors que les problèmes de longévité des batteries Li-S sont résolus, la technologie évolue pour devenir une réalité pratique.

Au cours des réactions chimiques qui se produisent dans les processus de charge et de décharge, des chaînes de polysulfure sont formées. Ces chaînes doivent circuler intactes dans l'électrolyte et c'est là que réside le problème, le polysulfure peut parfois se dissoudre dans la solution. et influe grandement sur la longévité de la batterie.

Le groupe a mis au point un procédé de revêtement de ces polysulfures dans des nanosphères en utilisant une fine couche de dioxyde de silicium (essentiellement du verre), qui maintient le polysulfure à l’écart de l’électrolyte tout en pouvant se déplacer facilement entre les électrodes. Avec de nombreux problèmes de recherche résolus en permanence par de nombreux groupes de recherche, l'avenir des batteries lithium-soufre dans nos téléphones se rapproche chaque jour davantage.

Anodes au lithium métal en voie de réalisation

Crédit image: SolidEnergy Systems

Si vous vous souvenez de l'article sur la futurologie de la batterie, j'ai expliqué comment l'utilisation du lithium métal en tant qu'anode est le "Saint Graal" des matériaux anodiques en raison de la capacité supplémentaire qu'ils apportent.

SolidEnergy Systems Corp. a présenté sa batterie au lithium «sans anodie», qui remplace essentiellement les anodes composites en graphite normales par une fine anode en lithium métal. Ils affirment qu'ils doublent la densité d'énergie par rapport à une anode en graphite et 50% par rapport à une anode composite en silicium.

Les dernières batteries «anodeless» prétendent doubler la densité énergétique de ce que contient votre téléphone actuellement.

L'image ci-dessus publiée par SolidEnergy montre la réduction drastique de la taille, même si je devrais mentionner qu'elle est légèrement trompeuse. Les batteries Xiaomi et Samsung sont conçues pour pouvoir être remplacées. Elles comportent donc une coque en plastique et des composants électroniques supplémentaires tels qu'un circuit de charge ou même (dans certaines batteries Samsung) une antenne NFC.

Cela dit, vous pouvez constater la différence de taille substantielle entre la batterie interne de 1, 8 Ah de l'iPhone et le bloc-batterie de 2, 0 Ah SolidEnergy dans le bulletin d'informations de la BBC.

Qu'est-ce que tout cela signifie

Avec les téléphones phares de plusieurs fabricants, notamment le Galaxy S6 de Samsung et l'iPhone 6 d'Apple, qui s'orientent vers des conceptions plus fines, le besoin de batteries plus denses devient de plus en plus important. Cramming plus de puissance de la batterie dans une zone plus petite ouvre également la possibilité d'obtenir plusieurs jours d'utilisation de plus grands combinés de style "phablet", tout en offrant plus de jus aux futurs processeurs assoiffés d'énergie.

Nous envisageons un avenir où il sera plus facile que jamais d’éviter la redoutable batterie de smartphone.

En ce qui concerne les batteries au lithium-soufre, la réduction des risques d’incendie dus aux courts-circuits ou aux perforations devrait rendre nos appareils plus sûrs à utiliser et moins dangereux (et coûteux) à transporter pour les fabricants.

Combinez cela aux progrès récents en matière de charge plus rapide et à la croissance croissante de la charge sans fil au cours des dernières années. Nous nous attendons à un avenir où il sera plus facile que jamais d'éviter une batterie morte pour smartphone.

Alors, quand verrons-nous ces nouvelles technologies devenir disponibles? SolidEnergy estime que sa solution «anodeless» arrivera sur le marché en 2016. Nous envisageons également un calendrier similaire pour les batteries Li-S, compte tenu des récents développements autour de cette technologie. Cela ne veut pas dire que les appareils mobiles seront commercialisés au cours de la prochaine année. Néanmoins, la révolution dans la technologie des batteries que nous attendions tous ne peut pas être très éloignée.

Davantage de futurologie: découvrez l’avenir de la technologie des smartphones

Références

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