Cette nouvelle technologie de batterie fait fureur, alors pourquoi Apple et Samsung ne l'utilisent-ils pas ?

Tout le monde veut des batteries plus grosses et plus durables dans son téléphone, et certaines entreprises y parviennent avec des batteries silicium-carbone innovantes. Mais tous les fabricants de téléphones ne sont pas d’accord avec cela, et il y a plusieurs raisons à cela.

Que sont les batteries silicium-carbone ?

Pour comprendre les batteries silicium-carbone, nous devrons revenir un instant au cours de chimie. Les batteries silicium-carbone représentent un changement fondamental dans la chimie des cellules lithium-ion, ciblant spécifiquement l'anode, l'électrode négative où l'énergie est stockée pendant la charge. Dans les batteries lithium-ion traditionnelles, qui sont actuellement présentes à l’intérieur de nos téléphones, l’anode est presque entièrement constituée de graphite. Le graphite est stable et fiable, mais il présente une limitation chimique : il nécessite six atomes de carbone pour contenir un seul ion lithium.

La technologie silicium-carbone perturbe ce rapport en introduisant du silicium dans le mélange anodique. Le silicium est un matériau de stockage incroyablement puissant, théoriquement capable de se lier avec jusqu'à quatre ions lithium par atome de silicium. Cette efficacité atomique signifie que le silicium peut théoriquement stocker jusqu'à dix fois plus d'énergie en poids que le graphite.

Alors pourquoi n’avons-nous pas utilisé du silicium pendant tout ce temps, si c’est tellement mieux ? Eh bien, le silicium est volatil et physiquement instable dans un environnement de batterie. Et lorsqu’il absorbe les ions lithium, il se dilate considérablement, gonflant jusqu’à 300 % de son volume d’origine. Cette extension fissurerait un boîtier de batterie standard et détruirait la structure interne après seulement quelques cycles de charge.

Pour résoudre ce problème, nous n’utilisons pas de silicium pur ; au lieu de cela, les fabricants dispersent des particules de silicium de taille nanométrique dans une matrice de carbone robuste. Fondamentalement, un squelette de carbone avec un peu de silicium mélangé. Le carbone fournit un squelette conducteur et un tampon physique qui contient l'expansion du silicium, tandis que le silicium agit comme un réservoir d'énergie ultra-dense.

La cellule résultante fonctionne un peu comme une batterie lithium-ion standard en termes de tension et d’utilisation générale, mais avec une chimie interne nettement plus dense. Il permet aux fabricants d’intégrer une capacité en milliampères-heure (mAh) plus élevée dans une cellule physiquement plus petite ou plus fine que ses prédécesseurs. Plutôt cool.

Pourquoi sont-ils meilleurs ?

Le principal avantage des batteries silicium-carbone réside dans leur densité énergétique nettement plus élevée. Les appareils deviennent de plus en plus puissants, mais les utilisateurs refusent d’accepter des téléphones plus épais et nous avons besoin d’une bonne batterie pour tout alimenter. En remplaçant une anode en graphite par un composite silicium-carbone, les fabricants peuvent augmenter la densité énergétique d'une batterie d'environ 20 à 50 %.

Cela crée deux opportunités de conception distinctes. Premièrement, un fabricant peut conserver la taille physique actuelle d’une batterie tout en augmentant considérablement sa capacité, en transformant une cellule standard de 5 000 mAh en une unité de 6 000 mAh sans ajouter un seul millimètre de volume. Et cette technologie permet également de créer des batteries beaucoup plus fines qui conservent des capacités standards. Cela change la donne sur le marché des smartphones pliables, où l’épaisseur de l’appareil est un facteur concurrentiel essentiel. Une batterie silicium-carbone peut être rendue ultra-mince pour s'insérer dans les moitiés pliables d'un appareil tout en fournissant suffisamment de puissance pour une journée complète d'utilisation, un exploit qui serait physiquement impossible avec la plus faible densité des cellules en graphite standard.

Le cas d’utilisation le plus courant que nous avons vu jusqu’à présent est le premier. J'ai récemment couvert pour notre section d'actualités un tas de téléphones lancés en Asie avec des batteries folles allant jusqu'à 8 000 mAh. Ces gains sont rendus possibles principalement parce que les batteries utilisées ici sont des batteries silicium-carbone.

Au-delà de la densité, ces batteries présentent souvent des capacités de charge rapide améliorées en raison des propriétés électrochimiques du silicium et de la nature conductrice de la matrice de carbone. Le mouvement des ions lithium dans le silicium peut être plus rapide que l'intercalation dans le graphite, ce qui réduit potentiellement le temps nécessaire pour qu'un téléphone soit connecté à une prise murale.

Pourquoi les grands acteurs ne les utilisent-ils pas ?

Malgré les avantages évidents de la technologie silicium-carbone, les géants de l’industrie comme Apple et Samsung ont été particulièrement lents à l’adopter dans leurs smartphones phares par rapport à des concurrents chinois comme Honor ou Vivo. La principale raison de cette hésitation est probablement l’aversion au risque concernant la fiabilité à long terme et la sécurité physique.

Si la matrice de carbone atténue l’expansion du silicium, elle ne l’élimine pas entièrement. Les anodes en silicium-carbone gonflent encore beaucoup plus que les anodes en graphite pendant la charge. Pour les entreprises qui expédient des centaines de millions d’unités dans le monde, tout risque de gonflement des batteries peut entraîner des désastres catastrophiques en matière de relations publiques et des coûts de rappel massifs. Samsung, en particulier, reste extrêmement conservateur en matière d'innovation en matière de batterie après les incidents du Galaxy Note 7, privilégiant la stabilité éprouvée plutôt que la capacité de pointe. Cela fait des années, mais il ne peut toujours vraiment pas se permettre une autre erreur.

Nous avons désespérément besoin d’une nouvelle technologie de batterie, et le Galaxy S25 Edge en est la preuve

Tellement avant-gardiste qu’il saigne la durée de vie de la batterie.

La durée de vie – le nombre de fois qu’une batterie peut être chargée et déchargée avant de se dégrader – est un autre obstacle majeur. Le stress physique provoqué par l'expansion et la contraction répétées des particules de silicium peut conduire à la pulvérisation progressive du matériau de l'anode, entraînant une baisse plus rapide de la capacité de la batterie qu'une cellule en graphite traditionnelle, réduisant ainsi la durée de vie de la batterie. Alors que les petits fabricants peuvent accepter une batterie qui se dégrade légèrement plus rapidement en échange de spécifications qui font la une des journaux, Apple et Samsung visent généralement à ce que leurs appareils conservent des performances optimales pendant plusieurs années afin de prendre en charge des valeurs de revente élevées et de longues fenêtres de support logiciel.

L’échelle de fabrication joue également un rôle crucial. La production d’anodes en silicium-carbone nécessite des processus nanotechnologiques complexes qui sont actuellement plus coûteux et plus difficiles à mettre à l’échelle que les anodes en graphite standard. S'approvisionner en suffisamment de matériau silicium-carbone de haute qualité pour le volume d'iPhone ou d'appareils Galaxy S produits chaque année est un défi logistique que la chaîne d'approvisionnement commence tout juste à résoudre.

Jusqu’à ce que ces leaders puissent garantir que les cellules silicium-carbone offrent les mêmes marges de longévité et de sécurité sur plusieurs années que leur technologie actuelle – à grande échelle – ils continueront probablement à s’appuyer sur des systèmes à graphite optimisés, laissant pour l’instant l’expérimentation du silicium à ces petits équipementiers. Nous aimerions éventuellement voir ces batteries sur les téléphones grand public, et j'espère que nous le ferons éventuellement.