Plusieurs familles de batteries électriques sont présentes dans les équipements portables ou nomades, industriels ou de loisir. Chaque technologie de batterie présente des caractéristiques électriques et des conditions d’usage spécifiques. Cet article passe en revue les trois principales technologies utilisées (NiCd, NiMH et lithium-ion) et détaille pour chacune le fonctionnement, les caractéristiques électriques, les règles d’usage et de transport.
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Serge PELISSIER
: Directeur de Recherche, Université Gustave EIFFEL - Laboratoire LICIT-ECO7, Bron, France
Ali SARI
: Professeur des Universités, Université de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1 - Laboratoire AMPERE, UMR CNRS 5005, Villeurbanne, France
Pascal VENET
: Professeur des Universités, Université de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1 - Laboratoire AMPERE, UMR CNRS 5005, Villeurbanne, France
INTRODUCTION
Le développement d’équipements portables ou nomades, industriels ou de loisir, s’accompagne de besoins de plus en plus importants d’autonomie et donc de batteries électriques performantes. Les technologies d’accumulateurs ont connu, ces dernières années, de nombreuses innovations avec l’apparition de nouvelles familles de produits. Si les technologies à base de nickel cadmium et de nickel métal hydrure sont maîtrisées depuis de nombreuses années, les batteries à base de lithium sont plus récentes et évoluent très régulièrement entraînant une augmentation de leurs performances et l’apparition de nouvelles variantes chimiques. Il est donc nécessaire d’avoir une vision claire sur les enjeux et les contraintes des divers domaines applicatifs, ainsi que sur les performances des technologies en présence. Chaque famille d’accumulateurs présente des spécificités au niveau des caractéristiques en puissance ou en énergie. De plus, les conditions d’usage diffèrent d’une technologie à l’autre. Choisir une technologie d’accumulateur pour une application donnée mobilise donc des connaissances et des informations multiples. Dans un premier article [E 2 140], les notions de base sur les accumulateurs (définition, constitution, principe, caractérisation, modélisation, vieillissement) ont été définies. Ce second article passe en revue les trois principales technologies utilisables dans ces applications et détaille pour chacune le principe de fonctionnement, les caractéristiques électriques, les règles d’usage et de transport.
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Les batteries nickel-cadmium (NiCd) ont été inventées en 1899 par le suédois Waldmar Jungner et sont produites depuis 1910. Leurs performances, meilleures que celles des batteries au plomb, ont entraîné une utilisation plus massive depuis 1960, néanmoins limitée par leur prix plus élevé. Aujourd’hui, elles sont toujours employées en raison de leurs remarquables durée de vie et fiabilité, en dépit de leur densité énergétique qui reste modeste en comparaison avec celle d’autres technologies plus récentes (en particulier les batteries au lithium). Par contre, à cause de la toxicité du cadmium, leur utilisation est interdite en Europe depuis 2006 (directive 2006/66/CE du Parlement Européen) en dehors des systèmes d’urgence, d’alarme, notamment les éclairages de sécurité, et les équipements médicaux. Cela autorise en particulier l’emploi de ces batteries dans les domaines des télécommunications, du ferroviaire et de la défense. L’usage d’accumulateurs NiCd dans l’outillage électroportatif est interdit depuis le 31 décembre 2016.
1.1 Principe de fonctionnement
L’électrode positive est constituée d’hydroxyde de nickel Ni(OH)2 et l’électrode négative de cadmium (Cd). L’électrolyte est une solution aqueuse d’hydroxyde de potassium (KOH). Les demi-équations électrochimiques qui décrivent les réactions lors de la décharge sont :
pour l’électrode positive :
( 1 )
avec un potentiel d’équilibre d’électrode...
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(3) -
Panasonic -
Secondary Batteries (Rechargeable Batteries) : Nickel Metal Hydride Batteries.
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(En ligne) – https://eu.industrial.panasonic.com/products/batteries-energy-products/secondary-batteries-rechargeable-batteries/nickel-metal-hydride (2017).
(4) -
SAVOYE (F.) -
Impact des impulsions périodiques de courant sur la performance et la durée de vie des accumulateurs lithium-ion et conséquences de leur mise en œuvre dans une application transport.
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Thèse de doctorat de l'Université Claude Bernard Lyon 1 (2012).
(5) -
NANINI-MAURY (E.) -
Formulation d’électrolytes à haut potentiel pour la caractérisation d’électrodes positives innovantes. Batteries lithium-ion pour le véhicule électrique.
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Thèse de doctorat de l’Université Pierre et Marie Curie...
Bibliographie & annexes
English
Accumulateurs NiMH
