Accumulateur nickel-hydrure métallique

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Accumulateur nickel-hydrure métallique
Accumulateur nickel-hydrure métallique
Caractéristiques
Énergie/Poids 30 à 80 Wh/kg
Énergie/Volume 140 à 300 Wh/ℓ
Rendement charge-décharge 66 %
Auto-décharge 10-15 % par mois, 10-15 % durant les premières 24 h
Durée de vie 24 à 48 mois
Nombre de cycles de charge 500 à 1000
Tension nominale par élément 1,2 V

Un accumulateur nickel-hydrure métallique ou NiMH (de l'anglais nickel-metal hydride) est un accumulateur électrique rechargeable utilisant de l'hydrure métallique (composé permettant de stocker de l'hydrogène) et de l'oxyhydroxyde de nickel comme électrode.

À l'origine, les recherches ont abouti dans les années 60 après un travail sponsorisé pendant 2 décennies par Volkswagen et Daimler. Dans les années 70, c'est Philips et le CNRS qui ont fait des travaux remarquables. La partie de l'électrode positive a été fortement développée par Yuasa.

Les accumulateurs NiMH ont été commercialisés vers 1990 et présentent une énergie volumique supérieure d'au moins 30 % par rapport aux accumulateurs NiCd (Nickel-Cadmium). Ils sont aujourd'hui eux-mêmes dépassés en termes d'énergie massique par les accumulateurs Li-ion (Lithium-ion) et Li-Po (Lithium-Polymère).

Description[modifier | modifier le code]

La technologie NiMH est extrêmement répandue dans les accumulateurs (Cf. note) domestiques 1,2 V d'usage courant :

  • Les modèles AA/HR6 dont la capacité peut atteindre 2 700 mAh pour les plus performants ;
  • Les modèles AAA/HR3 dont la capacité maximale est de 1 000 mAh.

L'avantage, en matière d'environnement, des batteries d'accumulateurs NiMH est l'absence de cadmium et de plomb, deux matériaux très polluants. En outre, elles possèdent de meilleures performances et une plus faible sensibilité à l'effet mémoire.

Hormis le nickel (sous forme d'oxy-hydroxyde) de l'électrode positive, les accumulateurs NiMH utilisent comme électrolyte une solution d’hydroxyde de potassium (potasse - KOH) ainsi qu'un alliage hydrurable à base de lanthane (terre rare) et de nickel de type LaNi5.

Leur fabrication et leur recyclages doivent néanmoins se faire très soigneusement, car l’hydroxyde de potassium est irritant et corrosif pour la peau, les yeux et les voies respiratoires et digestives.

NB : par définition, une "pile" n'est pas rechargeable - On trouve malheureusement le vocable de "pile rechargeable" dans le commerce, ce qui peut conduire le néophyte à faire des essais de recharge de pile qui peuvent être très dangereux.

Charge[modifier | modifier le code]

Courbes de tension de charge selon l'intensité. C représente la Capacité en A.h

La charge optimum d'un accumulateur au nickel de capacité C se fait à I=C/10, c’est-à-dire pour une durée de charge théorique (si le rendement était de 100 %) de 10 heures (en pratique on applique ce courant C/10 pendant 14 h) et avec une tension inférieure ou égale à 1,6 V par élément. Les accumulateurs NiMH ne supportant pas d'être surchargés (sauf par un courant d'entretien très faible < C/20), il est recommandé en pratique d'utiliser un chargeur qui détecte automatiquement la fin de charge. Pour les chargeurs non équipés de détection de température, la détection n'est fiable que pour une charge rapide, soit de l'ordre de C/1h ou même de C/15min. Même si ces chargeurs rapides sont les plus répandus dans les applications domestiques, ces temps de charge très rapides dégradent la capacité des accumulateurs au cours des cycles.

Différentes caractéristiques des chargeurs :

  1. temps de charge (rapide t < h, normal 14 h h ou combiné : rapide sur 2 + fin de charge lente)
  2. détection de fin de charge par (δv/δt) < 0, ou par le point d'inflexion (δ²v/δt²) = 0 (valable uniquement pour les charges rapides),
  3. surveillance de la température de l'accumulateur,
  4. temporisation de sécurité,
  5. détection des accumulateurs défectueux,
  6. courants de limitation, diagramme de fonctionnement,
  7. cycle de décharge puis de charge,
  8. courant d'entretien après charge (mode appelé floating ou trickle).

La batterie de prédilection des véhicules hybrides[modifier | modifier le code]

Batterie Ni-MH de Prius II
Accumulateur nickel-hydrure métallique de Varta, Museum Autovision, Altlußheim, Allemagne

En 2010, les batteries NiMH sont le standard pour équiper les voitures hybrides (moteur à combustion + moteur électrique). En effet malgré des performances en retrait par rapport aux batteries à base de lithium, elles gardent l'avantage de bien supporter de forts courants de charge et de décharge et sont beaucoup plus sûres en cas de surchauffe.

La Toyota Prius et la Honda Civic IMA, par exemple, sont toutes deux équipées d’une batterie Panasonic (Matsushita) NiMH, de 1,3 kWh (39 kg pour la première et de 28 kg pour la seconde). Ces batteries sont prévues pour durer toute la durée de vie du véhicule (garanties 8 ans).

Jusqu'en 2010, les batteries défectueuses étaient renvoyées au Japon chez Panasonic, qui se chargeait du recyclage. Aujourd'hui, celui-ci devrait être effectué en France par la SNAM[1], en vertu de l'accord[2] sur le recyclage des batteries nickel-hydrure métallique (Ni-MH) des véhicules hybrides du groupe Toyota signé le avec Toyota France pour la collecte et le recyclage des batteries nickel-hydrure métallique des véhicules hybrides des marques Toyota et Lexus sur le territoire français. Depuis le mois de Juin 2011, le contrat a été étendu à tous les pays de l'Union Européenne. Les batteries en fin de vie sont collectées dans les garages puis recylées dans les installations situées à Saint Quentin Fallavier (Isère) et à Viviez (Aveyron).

Honda Motor Europe a mis en place un programme similaire visant à collecter dans n'importe quel point en Europe et à recycler les batteries NiMH et Li-Ion par le programme assuré par SNAM.

Points forts du NiMH[modifier | modifier le code]

  • Contient beaucoup plus d'énergie que le nickel-cadmium
  • Simple à stocker et à transporter
  • Ne contient pas de cadmium

Points faibles du NiMH[modifier | modifier le code]

  • Ne supporte pas le dépassement de charge
  • Détection de fin de charge difficile (Δv très faible)
  • Durée de vie plus faible que le nickel-cadmium en nombre de cycles

Accumulateurs NiMH à faible auto-décharge[modifier | modifier le code]

En 2005 sont apparus des accumulateurs NiMH à faible auto-décharge, vendus préchargés. Ceux-ci conservent généralement 70 % à 85 % de leur capacité après un stockage d'un an à 20 °C. Les accus NiMH normaux perdent quant à eux de 10 à 15 % de leur capacité durant les premières 24 h, puis de 10 à 15 % par mois[3].

Leur faible résistance interne permet un maintien d'une tension plus élevée avec les équipements nécessitant des courants élevés, comme les appareils photo numériques[4].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) The rise of recycling, sur le site snam.com
  2. [PDF] « Toyota France et SNAM signent un accord sur le recyclage des batteries nickel-hydrure métallique (Ni-MH) des véhicules hybrides du groupe », sur vera-chimie-developpements.com
  3. (en) Isidor Buchmann, « The Secrets of Battery Runtime – Battery University », sur batteryuniversity.com, Cadex Electronics Inc. (consulté le 5 avril 2012)
  4. (en) Stefan Vorkoetter, « Review: Testing Sanyo’s Eneloop Low Self-Discharge Rechargeable Battery », sur stefanv.com, stefanv.com (consulté le 5 avril 2012)