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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Appartenant à la famille des accumulateurs au nickel, les cellules aux nickel et hydrure métallique (NiMH) apparaissent en laboratoire dans les années 60. Leur commercialisation débute dans les années 90 avec l’atout majeur d’une densité d’énergie supérieure aux accumulateurs NiCd.
Basée sur une technologie d’insertion d’hydrogène, sans processus de dissolution-précipitation comme c’est le cas des accumulateurs NiCd, la technologie NiMH est devenue extrêmement répandue dans les années 2000, pour être ensuite supplantée par la technologie lithium dans les applications portables et embarquées. La figure 7 illustre une batterie industrielle NiMH.
2.1 Principe de fonctionnement
Les accumulateurs NiMH utilisent une solution d’hydroxyde de potassium (KOH) comme électrolyte, un hydrure métallique à l’électrode négative et le couple hydroxyde de nickel et oxyhydroxyde de nickel à l’électrode positive. Les demi-équations électrochimiques qui décrivent les réactions lors de la décharge sont :
pour l’électrode positive :
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avec un potentiel d’équilibre d’électrode d’environ 0,5 V ;
pour l’électrode négative :
( 7 )
avec un potentiel...
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(3) -
Panasonic -
Secondary Batteries (Rechargeable Batteries) : Nickel Metal Hydride Batteries.
-
(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.
-
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.
-
Thèse de doctorat de l’Université Pierre et Marie Curie...
Bibliographie & annexes
English
Accumulateurs lithium
