Déjà adoptées par Honor, RedMagic et désormais Samsung, les batteries silicium-carbone permettent d’embarquer davantage d’énergie sans faire grossir les smartphones. Une évolution du lithium-ion qui pourrait nous éloigner enfin de la recharge quotidienne, à condition de maîtriser son vieillissement et son coût.
Mettre à recharger son smartphone chaque soir en rentrant à la maison ou avant de se coucher ne sera peut-être bientôt plus un réflexe. Les batteries silicium-carbone permettent déjà d’atteindre des capacités autrefois réservées à de petites tablettes sans pour autant transformer les téléphones en briques. Et contrairement à ce que leur nom pourrait laisser penser, elles restent bien des batteries lithium-ion.
La principale différence se trouve dans l’anode, où le silicium vient compléter, voire remplacer en partie, le graphite traditionnel. Dans sa dernière vidéo, Thomas Remilleret nous explique en détail pourquoi ce changement peut faire une vraie différence.
Le graphite commence à atteindre ses limites
Lors de la recharge, les ions lithium quittent la cathode pour venir se loger dans l’anode. Le graphite les accueille entre ses différentes couches, mais sa capacité spécifique théorique plafonne à 372 mAh par gramme. Celle du silicium peut approcher les 3 600 mAh/g, soit près de dix fois plus.
Pas question pour autant de multiplier l’autonomie par dix. L’anode ne représente qu’une partie de la batterie et les cellules actuelles n’utilisent encore qu’une proportion limitée de silicium.
Ce matériau possède surtout un défaut de taille : il gonfle fortement lorsqu’il absorbe le lithium, puis se contracte à la décharge. Répété des centaines de fois, ce mouvement peut fissurer les particules et accélérer la dégradation de la cellule. Les fabricants contournent le problème en associant de petites quantités de silicium à une structure carbonée qui en limite les effets mécaniques, généralement avec encore une bonne part de graphite.
Jusqu’à 10 000 mAh chez Xiaomi, selon les marchés
La technologie a désormais largement quitté les laboratoires. Honor annonce par exemple 5 820 mAh sur son smartphone pliant Magic V5 version internationale avec 15% de silicium, tandis que sa déclinaison chinoise de 1 To atteint les 6 100 mAh avec 25% de silicium. Le RedMagic 10 Pro grimpe quant à lui à 7 050 mAh sans prendre les dimensions d’une batterie externe.
Enfin, le tout nouveau Redmi Note 17 Pro Max atteindra les 9 210 mAh dans sa version française et jusqu’à 10 000 mAh au Japon et à Hong Kong. Avec une anode contenant 16% de silicium, Xiaomi revendique ainsi jusqu’à trois jours d’utilisation modérée avec son dernier smartphone, une estimation issue de ses propres tests.
Mais pourquoi une telle différence de capacité entre les modèles occidentaux et les chinois ? Le principal obstacle est logistique : au-delà de 20 Wh par cellule, les règles internationales de transport aérien imposent un conditionnement et des formalités plus contraignants, même si une architecture à plusieurs cellules permet de relever ce seuil à 100 Wh.
L’Union européenne exige par ailleurs que les batteries conservent au moins 80% de leur capacité après 800 cycles, sans fixer de limite en mAh ou en Wh/L.
Mais revenons à notre silicium-carbone. Le fabricant peut utiliser le gain de densité énergétique de cette technologie de batteries de deux manières : conserver le même format et augmenter nettement l’autonomie, ou réduire l’épaisseur à capacité équivalente. Une possibilité particulièrement intéressante pour les smartphones pliants.
Les deux ou trois jours éloignés de toute prise électrique deviennent donc crédibles, mais certainement pas garantis. Écran, processeur, réseau mobile et intensité des usages continueront de peser lourd dans l’équation. Même prudence avec la recharge ultra rapide : le silicium peut aider, mais atteindre les 100 ou 150 watts dépend aussi de la conception des cellules, de l’électrolyte et surtout du refroidissement de la batterie.
Après les smartphones, beaucoup d’autres appareils pourraient en profiter
Samsung vient à son tour d’adopter une anode silicium-carbone sur ses nouveaux Galaxy Z Fold8, Z Fold8 Ultra et Z Flip8. Apple ne revendique pour l’heure aucune technologie comparable dans ses iPhone.
Le passage à grande échelle reste toutefois délicat. Produire des dizaines de millions de cellules présentant exactement les mêmes caractéristiques exige une maîtrise industrielle autrement plus complexe qu’une démonstration en laboratoire. Ainsi, depuis l’épisode du Galaxy Note 7, chaque évolution des batteries Samsung est en outre particulièrement scrutée, ce qui explique l’insistance du fabricant coréen sur la stabilité et la sécurité de son nouveau système.
Et après ?
La prochaine étape consistera à augmenter encore la proportion de silicium, jusqu’à envisager des anodes presque débarrassées du graphite. Des spécialistes comme Sila évoquent des gains de densité énergétique de 20 à 40% au niveau de la cellule. Beaucoup moins spectaculaire que les capacités théoriques du silicium, mais déjà suffisant pour changer sérieusement nos appareils.
PC portables capables de tenir une longue journée sans chargeur, casques de réalité virtuelle plus légers, drones plus endurants ou voitures électriques gagnant en autonomie sans embarquer davantage de batteries : le smartphone pourrait n’être que le premier bénéficiaire de cette innovation technologique.
Il reste toutefois à réduire les coûts, limiter la chauffe et assurer une bonne tenue après des centaines de cycles de charge-décharge. Même le bilan environnemental dépendra fortement des procédés de fabrication et de la durée de vie obtenue.
La révolution du silicium-carbone ne se fera donc probablement pas du jour au lendemain. Elle avancera batterie après batterie, jusqu’au moment où le progrès le plus spectaculaire sera peut-être de ne plus savoir où l’on a rangé son chargeur.
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