Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Le développement de batteries connaît ces dernières années un essor important notamment lié à l’accroissement des applications de mobilité (appareils électroniques et automobiles). Les deux principales technologies en volume sont aujourd’hui le plomb et le lithium-ion. Cela dit dans beaucoup de cas, d’autres couples électrochimiques conservent un intérêt particulier que ce soit pour des raisons de température ou de sécurité. Cet article va permettre de mettre un accent sur les batteries nickel-métal-hydrure en partant de la conception des accumulateurs jusqu’à la gestion en batterie. Des exemples d’applications serviront également à étayer les avantages de la technologie Ni-MH.
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The development of batteries has been booming in recent years, particularly due to the increase in mobility applications (electronic and automotive devices). The two main technologies in volume today are lead and lithium-ion. In many cases, however, other electrochemical couples remain of particular interest whether for reasons of temperature or safety. This article will focus on Nickel-Metal-Hydride batteries from battery design to battery management. Application examples will also support the benefits of Ni-MH technology.
Auteur(s)
-
Stéphane BLANCHIN : Responsable R&D conception Accumulateur/électrochimie - ARTS Energy, Nersac, France
INTRODUCTION
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.
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KEYWORDS
electrochimical storage | rechargeable batteries | Ni-MH accumulator
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Conception accumulateur nickel-métal-hydrure
En anglais
1. Généralités
1.1 Définition
À ce stade, il est important de faire attention au vocabulaire. Il existe en fait deux types de générateurs électrochimiques. Dans le premier cas, on parle généralement de piles pour évoquer des générateurs irréversibles, c’est-à-dire lorsque l’une des électrodes est consommée par une réaction d’oxydo-réduction spontanée. Dans le second cas, on désigne par accumulateurs des générateurs électrochimiques réversibles. Pour cela, il faut que le système électrochimique puisse jouer le rôle d’un récepteur en se chargeant grâce à l’énergie électrique apportée par un autre générateur et revenir à son état initial. Le terme de batteries ne permet pas de définir la nature réversible ou non du système électrochimique. Les batteries correspondent à une mise en série ou en parallèle de piles ou d’accumulateurs.
Un système primaire ou pile correspond à un cas où la réaction électrochimique est irréversible.
Un système secondaire ou accumulateur correspond à un cas où la réaction électrochimique est réversible .
1.2 Un peu d’histoire
Les premières avancées notables datent de près de 200 ans. En effet, entre la fin du XVIII e siècle et le début du XIX e siècle, les premiers systèmes électrochimiques ont vu le jour grâce notamment à Alessandro Volta et John Frederic Daniell. Dans les...
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Généralités
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GLAIZE (C.) - À chaque application une technologie de batterie adaptée. - Journée Captronic, 23 sept. 2014.
-
(2) - LI (A.) - Analyse expérimentale et modélisation d’éléments de batterie et de leurs assemblages : application aux véhicules électriques et hybrides. Énergie électrique. - Université Claude Bernard – Lyon I (2013).
-
(3) - CHANG (S.), YOUNG (K.-H), LIEN (Y.-L.) - Reviews of european patents on nickel/metal hydride batteries. - Batteries, vol. 3, n° 3, p. 25, août 2017.
-
(4) - ETIEMBLE (A.) - Étude de matériaux hydrurables par émission acoustique – Application aux batteries Ni-MH. - INSA Lyon (2013).
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(5) - SHANGGUAN (E.), CHANG (Z.), TANG (H.), YUAN (X.-Z.), WANG (H.) - Regulation of the discharge reservoir of negative electrodes in Ni–MH batteries by using Ni(OH)x (x = 2.10) and γ-CoOOH. - Journal of Power Sources, vol. 196, n° 18, p. 7791-7796, sept. 2011.
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Catalogue Panasonic – Élément Eneloop https://www.panasonic-eneloop.eu
VARTA microbattery http://products.varta-microbattery.com
Toyota https://newsroom.toyota.co.jp
Nilar http://www.nilar.com
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Salon : Batimat Reed Expositions Salon international de la construction, a lieu tous les deux ans à Paris (années impaires) http://www.batimat.com
Journée Captronic https://www.captronic.fr
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IEC 61951-2 - 2017 - Accumulateurs alcalins et autres accumulateurs à électrolyte non acide – Accumulateurs étanches pour applications portables – Partie 2 : Nickel-métal...
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