Les batteries des appareils électroniques souffrent d’une dégradation progressive, un phénomène qui affecte leur durée de vie et pose question sur l’optimisation de leur conception. Une équipe internationale a récemment exploré ce sujet en se penchant sur les écouteurs sans fil, ces accessoires omniprésents dans le quotidien moderne. Leur recherche souligne des interactions complexes entre composants internes et environnement externe, mettant en lumière des pistes pour améliorer la durabilité énergétique.
Une étude inspirée par une observation personnelle
Le projet de recherche initié par Yijin Liu, professeur associé à l’école Cockrell du génie mécanique de l’Université du Texas à Austin, trouve son origine dans une expérience singulière. «Cela a commencé avec mes propres écouteurs ; je n’utilise que celui de droite, et j’ai remarqué qu’après deux ans, l’écouteur gauche avait une durée de batterie bien plus longue», explique t-il. Cette anecdote a conduit l’équipe à approfondir les causes sous-jacentes à la dégradation des batteries dans les dispositifs miniatures.
Des technologies avancées telles que les rayons X, l’infrarouge et d’autres méthodes d’imagerie ont été mobilisées pour analyser les interactions complexes au sein de ces appareils. Les chercheurs ont découvert que des composants essentiels tels que l’antenne Bluetooth, les microphones et les circuits interagissent négativement avec la batterie. Ces interactions créent un gradient thermique, où des températures différentes sont observées entre les parties supérieures et inférieures de la batterie, entraînant des dommages irréversibles.
Impact des conditions environnementales
Les conditions environnementales jouent également un rôle non négligeable dans la dégradation des batteries. Conçues pour résister à des environnements variés, celles-ci subissent des fluctuations constantes dues aux changements climatiques, à la qualité de l’air ou à d’autres facteurs imprévisibles. Un cycle incessant d’exposition à des températures extrêmes altère progressivement leurs performances.
Guannan Qian, premier auteur de l’étude et chercheur postdoctoral au laboratoire de Liu, a souligné l’importance des habitudes individuelles : «Utiliser des appareils différemment modifie la manière dont la batterie se comporte et fonctionne.» Les variations de comportement des utilisateurs, comme les habitudes de charge ou les styles de conduite des véhicules électriques, influencent directement la santé des batteries
«La plupart du temps, en laboratoire, nous examinons soit des conditions stables et idéales, soit des extrêmes», a déclaré Xiaojing Huang, physicien au Brookhaven National Laboratory. «En découvrant et développant de nouveaux types de batteries, il est nécessaire de comprendre les différences entre les conditions de laboratoire et l’imprévisibilité du monde réel, puis d’y répondre en conséquence. L’imagerie par rayons X peut fournir des informations précieuses à cet égard.»
Vers une meilleure intégration des batteries
Liu et son équipe envisagent désormais d’étendre leurs recherches à des cellules plus grandes, telles que celles utilisées dans les téléphones, ordinateurs portables et véhicules électriques. Leur objectif consiste à identifier des moyens d’atténuer les interactions néfastes entre les batteries et les autres composants tout en tenant compte des divers comportements des utilisateurs.
Les conclusions obtenues jusqu’à présent invitent à repenser la conception des dispositifs électroniques modernes. En comprenant mieux les dynamiques cachées des batteries, les fabricants pourraient proposer des solutions plus robustes et durables. Le travail mené par cette équipe internationale illustre parfaitement comment une observation anodine peut conduire à des découvertes significatives.
Légende illustration : Le professeur Yijin Liu a dirigé un effort de recherche international pour en savoir plus sur les batteries des écouteurs sans fil commerciaux.
Pour mener à bien leurs expériences, les chercheurs ont collaboré avec plusieurs institutions prestigieuses. Parmi elles figurent le SLAC National Accelerator Laboratory, le Brookhaven National Laboratory, l’Argonne National Laboratory ainsi que l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) en France. Ces partenariats ont permis d’accéder à des installations synchrotron de classe mondiale, offrant des perspectives inédites sur le comportement des batteries dans des conditions réelles.
Article : ‘In-device Battery Failure Analysis’ – DOI : 10.1002/adma.202416915 – University of Texas at Austin – Publication dans la revue Advanced Materials Technologies
