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Batteries nickel-métal-hydrure (Ni-MH) - Technologie, applications et enjeux

Le besoin mondial en stockage d’énergie connaît une croissance extrêmement importante. Le stockage électrochimique en est une des composantes essentielles. Le marché des batteries rechargeables a presque doublé en 15 ans, notamment avec la multiplication d’applications nomades, comme les téléphones cellulaires, ordinateurs portables, tablettes... Actuellement, cette croissance est portée plutôt par la progression des véhicules électriques, hybrides ou hybrides rechargeables. La demande dans ce secteur engendre une tension forte sur les volumes de production des batteries lithium-ion, qui est la technologie clé pour le secteur automobile grâce à une meilleure densité énergétique que les autres technologies rechargeables. Les technologies lithium-ion permettent d’obtenir des densités d’énergie massique et volumique bien plus élevées que les autres types (supérieures à 200 Wh · kg^–1 et 500 Wh · L^–1). Cependant, malgré l’effervescence autour de la technologie lithium-ion, force est de constater que les « anciennes » technologies ont encore une place importante.

Pour le montrer, il est intéressant d’analyser les différents types d’utilisation. Les applications de stockage électrochimique peuvent être classées en plusieurs catégories  : batterie de démarrage, batterie de traction, batterie embarquée, batterie stationnaire et batterie portative. Pour chaque type d’utilisation, une ou plusieurs technologies sont utilisées et cela dépend avant tout des caractéristiques recherchées pour l’application : la tension (V), la capacité (Ah), la densité énergétique (Wh · kg^–1 ou Wh · L^–1), le besoin de puissance (W · kg^–1), la durée de vie (le nombre de cycles ou la durée d’utilisation pour des applications de secours), les conditions de température (– 40 à + 80°C) et bien sûr le coût en €/kWh. Le coût représente une des composantes importantes mais il ne faut en aucun cas négliger la partie sécurité. De ce point de vue, les technologies lithium sont de loin les plus sensibles et nécessitent une grande attention lors de la conception des systèmes.

Dans ce contexte, les technologies principales (figure 1) sont :

• le plomb-acide, actuellement le plus utilisé (batterie de démarrage des automobiles, batteries stationnaires) ;

  les technologies lithium-ion, Li-ion (applications nomades et véhicules électriques) ;

  le nickel-cadmium, Ni-Cd (applications stationnaires et ferroviaires) ;

  le nickel-métal-hydrure, Ni-MH (véhicules hybrides, applications solaires et stationnaires).

Les volumes de production des deux premières sont en croissance alors que la technologie Ni-MH stagne. Cependant, dans des conditions extrêmes (température froide ou chaude) ou lorsque le besoin de sécurité est fort, cette technologie a encore un intérêt fort et connaît toujours des activités de recherche et développement importantes pour continuer à améliorer les performances à froid et la durée de vie.