Chicago en hiver est un endroit impitoyable. Vous voulez vous déplacer dans la ville ? Vous ne possédez pas de voiture ? Préparez-vous à rester debout sur un quai de train surélevé pendant 10 minutes, et essayez d’exposer le moins de votre peau possible au vent brut et soufflant. La température est de nouveau en dessous de zéro ? Voici une faible lampe chauffante extérieure sur le quai ; soyez-en reconnaissant.
Je me suis retrouvé sur l’un de ces quais, grelottant sous l’une de ces lampes, samedi dernier (30 décembre) alors que la température descendait à 3 degrés Fahrenheit (moins 16 degrés Celsius). Je venais de déjeuner, au cours duquel j’avais détourné l’une des prises du restaurant pour recharger mon téléphone à 100 % de sa capacité ; ma prochaine destination était le centre-ville, dans une zone que je ne connaissais pas, et je m’assurais d’avoir mon GPS à portée de main pour me guider. Pourtant, lorsque j’ai sorti mon appareil de ma poche sur ce quai pour vérifier mon itinéraire, la charge avait déjà chuté : L’affichage dans le coin supérieur droit de mon écran clignotait en rouge, « 1% …1% …1% ». Quelques instants plus tard, l’appareil était mort.
Pourquoi ?
La réponse courte est que les batteries comptent sur les réactions chimiques pour fonctionner, et les températures glaciales ralentissent ou arrêtent ces réactions.
Les batteries lithium-ion, les rechargeables banales qui alimentent une grande partie de nos vies modernes et vivent dans presque tous les téléphones cellulaires, déchargent du courant électrique lorsque les ions lithium individuels se déplacent dans une solution d’une extrémité de la batterie (l’anode) à l’autre extrémité (la cathode). Lorsque la batterie est déchargée, tous ces ions sont intégrés dans le graphite poreux de la cathode. Lorsqu’elle est complètement chargée, ils sont tous intégrés dans l’anode, selon Ann Marie Sastry, cofondatrice et PDG de Sakti3, une startup de technologie de batterie basée dans le Michigan, qui s’est entretenue avec Live Science pour un article passé.
Les chimistes n’ont pas une bonne idée de la manière exacte dont le froid ralentit les réactions qui ont lieu à l’intérieur des batteries lithium-ion. « Les mécanismes exacts conduisant à une mauvaise performance des batteries lithium-ion à des températures froides ne sont toujours pas bien compris », a écrit une équipe d’ingénieurs en batteries dans un article du Journal of The Electrochemical Society en 2011.
Mais il est globalement vrai que le froid extrême ralentit les réactions dans les batteries de tous types jusqu’à un point mort.
Lorsque le compteur de charge de mon téléphone indiquait « 1% » sur cette plateforme, tous les ions n’avaient pas soudainement sauté vers la cathode. En fait, les températures froides empêchent le genre de décharge lente que les ions de la batterie font à température ambiante, comme l’explique le site Web d’ingénierie Lithiumpros.com. Mais comme le froid glacial avait ralenti ou arrêté la réaction à l’intérieur de la batterie, celle-ci a déchargé moins de courant que ce dont le téléphone avait besoin pour continuer à fonctionner, a écrit en 2017 la chimiste Anne Marie Helmenstine, titulaire d’un doctorat en sciences biomédicales et qui a enseigné la chimie à différents niveaux universitaires, sur thoughtco.com. Le téléphone a interprété cette faible décharge comme un signe que la batterie était presque morte, et s’est éteint peu après.
Heureusement, je n’ai pas essayé de recharger ma batterie alors que le téléphone était encore gelé. Sous des températures très froides, comme l’a écrit Stephen J. Harris, chimiste au Lawrence Berkeley National Laboratory, sur son site Web, le processus de charge du lithium-ion peut échouer de façon horrible. Dans des conditions normales, l’application d’un courant électrique à la batterie transporte les ions dans les pores du graphite de l’anode. Mais lorsque la batterie est gelée, les ions ne pénètrent pas dans le graphite. Au contraire, ils sortent de la solution et se déposent à la surface du graphite sous forme de lithium solide. Ce processus peut détruire les performances et la durée de vie d’une batterie.
Lorsque mon téléphone s’est réchauffé à nouveau, il a prouvé qu’il n’avait pas besoin de charge de toute façon ; il avait juste besoin de températures suffisamment chaudes pour permettre la réaction. Lorsque j’ai appuyé sur le bouton d’alimentation de l’appareil nouvellement chauffé, il s’est allumé, et le compteur de la batterie indiquait « 94% ».
Les ions n’étaient pas partis n’importe où. Ils ne pouvaient simplement pas se déplacer correctement dans le froid.
Originally published on Live Science.
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