La recharge rapide semble être presque partout. De nombreux smartphones peuvent passer de presque vides à plus de 50 % de charge en une demi-heure environ, tandis que certains véhicules électriques peut ajouter des centaines de kilomètres de portée lors d’un arrêt de charge rapide.
Mais les batteries ne sont pas parfaites ; leur la capacité se dégrade avec le temps. Étant donné que la charge rapide fournit plus de puissance en moins de temps, la charge rapide endommage-t-elle les batteries ?
Les scientifiques disent que la réponse est oui, mais c’est plus compliqué qu’on ne le pense. Une charge rapide peut accélérer certains types de dégradation des batteries, mais les batteries modernes sont conçues avec des protections pour aider à limiter les dommages.
Comment fonctionne la recharge rapide ?
Batteries lithium-ion rechargeables — les type de batterie le plus courant dans le monde – fonctionne en déplaçant les ions lithium entre deux électrodes appelées cathode et anode. Pendant la charge, les ions lithium traversent la batterie et sont stockés dans l’anode jusqu’à ce que la batterie soit à nouveau utilisée.
La principale différence entre une charge rapide et une charge régulière est à quelle vitesse ces ions bougent. Par rapport à une recharge régulière, qui peut prendre des heures, charge rapide peut recharger une batterie en une heure ou moins.
« Une charge régulière applique un courant plus faible, permettant aux ions lithium de s’intercaler (se déplacer dans des trous microscopiques) dans l’anode progressivement, ce qui génère peu de chaleur et provoque une contrainte mécanique minimale. » Zhiyuan Jiangprofesseur agrégé au Département de génie chimique et de technologie de l’Université Xi’an Jiaotong en Chine, a déclaré à Live Science par e-mail. « La charge rapide augmente considérablement le courant (et) la puissance pour réduire le temps de charge. »
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Toutes les batteries ne sont pas conçues pour une charge rapide. La capacité d’une batterie à supporter des vitesses de charge élevées dépend de ses matériaux, de sa structure interne et de son système de gestion de batterie, a expliqué Jiang. Batteries à charge rapide utilisez souvent des matériaux d’électrode spécialisés ou des électrodes et des électrolytes plus fins qui permettent aux ions lithium de se déplacer plus facilement. Les fabricants peuvent également repenser l’architecture interne de la batterie pour réduire la résistance et l’accumulation de chaleur.
Stanislas Zankowskichercheur en batteries à l’Université d’Oxford, a comparé le processus au trafic traversant une ville.
« On pourrait imaginer charger une batterie comme transporter des personnes à travers des routes, des intersections et des bâtiments », a déclaré Zankowski à Live Science. « La recharge rapide est vraiment une question de savoir avec quelle efficacité vous pouvez déplacer tout ce trafic sans créer de goulots d’étranglement. »
Quel type de dommages une charge rapide pourrait-elle causer ?
Toutes les batteries lithium-ion perdent de leur capacité avec le temps, même si elles sont traitées avec soin. Mais charge rapide peut accélérer certains des processus chimiques responsables de ce vieillissement.
L’une des plus grandes préoccupations concerne un processus appelé placage au lithium. Lors d’une charge rapide, les ions lithium peuvent ne pas avoir suffisamment de temps pour se déposer correctement à l’intérieur de l’anode. Au lieu de cela, une certaine quantité de lithium peut s’accumuler sous forme de dépôts métalliques à la surface de l’électrode. Ces dépôts peuvent réduire la quantité de lithium disponible pour stocker l’énergie, diminuant ainsi la capacité de la batterie. Dans des cas extrêmes, le lithium peut former des structures en forme d’aiguilles. appelées dendrites qui perforent les composants internes de la batterie et créent des risques pour la sécurité.
Une charge rapide peut également générer plus de chaleur. La chaleur est un sous-produit naturel de la résistance électrique de la batterie. Plus une batterie se charge rapidement, plus elle produit de la chaleur.
« Pour charger une petite batterie avec un faible courant, cette quantité de chaleur sera également relativement faible », a déclaré Zankowski. « Ce n’est donc pas vraiment un problème de sécurité, mais à mesure que nous augmentons la taille de la batterie, la quantité de courant que nous allons pousser pendant la charge et la quantité de chaleur augmenteront également beaucoup. Et par conséquent, nous ne pouvons pas vraiment charger des batteries plus grosses aussi rapidement, principalement à cause de la marge de sécurité. »
Des températures plus élevées peuvent accélérer les réactions chimiques qui dégradent progressivement les matériaux de la batterie. Dans certains cas extrêmes, une surchauffe peut provoquer gonfler, prendre feu ou même exploser — un processus connu sous le nom emballement thermique.
Heureusement, la plupart des smartphones, ordinateurs portables et véhicules électriques modernes contiennent des systèmes sophistiqués de gestion de batterie qui surveillent la tension, le courant et la température pendant la charge. C’est pourquoi vous pourriez obtenir un avertissement de chaleur depuis votre smartphone si vous le laissez au soleil. Si les températures grimpent trop haut, ces systèmes ralentissent automatiquement la charge pour protéger la batterie.
Meilleurs conseils pour la durée de vie de la batterie
Alors, quelle est la meilleure façon de protéger une batterie tout en la chargeant rapidement ?
Zankowski et Jiang ont souligné que la température est essentielle. Il est préférable d’éviter de charger des appareils dans des environnements chauds, comme dans une voiture garée ou en plein soleil. Les températures extrêmement froides peuvent également être nocives car ils rendent plus difficile le déplacement des ions lithium dans la batterie.
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« Idéalement, la plage de température devrait être d’environ 20 à 25 degrés Celsius (68 à 77 degrés Fahrenheit) pour le chargement », a déclaré Zankowski. « Donc, tout comme une température confortable pour un être humain, non ? »
Les experts recommandent également d’éviter de garder des appareils tels que des ordinateurs portables constamment branchés, car cela peut dégrader les performances de la batterie. Jiang a suggéré de mettre en œuvre l’habitude de « charge peu profonde, décharge peu profonde ».
« Gardez votre batterie entre 20 % et 80 % pour une utilisation quotidienne », a-t-il déclaré. « Il n’est pas nécessaire de recharger à 100 % à chaque fois. »
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