Qu’est-ce qu’un accumulateur nickel-hydrure métallique ?
Les accumulateurs nickel-hydrure métallique ou NIMH sont un type de piles rechargeables qui peuvent être chargées et déchargées, en utilisant un alliage de stockage d’hydrogène pour l’électrode négative et de l’hydroxyde de nickel pour l’électrode positive.
Par rapport aux piles nickel-cadmium, qui utilisent également du nickel pour l’électrode positive, les accumultauers nickel-hydrure métallique sont plus chères car ils utilisent un alliage de stockage d’hydrogène au lieu du cadmium, mais ils peuvent être chargés et déchargés en utilisant un courant élevé et ont une grande capacité par unité de masse.
Ils se caractérisent également par un effet mémoire relativement faible (l’effet d’une chute de tension pendant la décharge si la batterie est rechargée à plusieurs reprises sans être complètement déchargée) par rapport à d’autres batteries rechargeables, et peuvent être utilisées de manière répétée sans dégradation des performances.
Utilisations des accumulateurs nickel-hydrure métallique
Les accumulateurs nickel-hydrure métallique sont utilisés pour tirer parti de leurs performances élevées et de leur longue durée de vie. Ils sont utilisés dans les batteries de voiture, les ordinateurs portables et les piles sèches, où une puissance et une fiabilité élevées sont requises.
Ces dernières années, les batteries lithium-ion, qui ne souffrent pas d’effets de mémoire ou d’autodécharge et qui ont une plus grande capacité par unité de masse et une tension de fonctionnement plus élevée, ont fait leur apparition, mais ils continuent d’être utilisés en combinaison en raison de leurs caractéristiques d’entrée-sortie et de leurs coûts de production supérieurs.
Principe des accumulateurs nickel-hydrure métallique
1. Composition des accumulateurs nickel-hydrure métallique
Un accumulateur nickel-hydrure métallique se compose d’électrodes (électrode positive : oxyhydroxyde de nickel, électrode négative : alliage de stockage d’hydrogène), d’un séparateur tel qu’un tissu non tissé d’oléfine et d’une solution d’hydroxyde de potassium en tant qu’électrolyte. Dans le cas des piles sèches, ces structures enroulées sont contenues dans une boîte.
2. Réactions de charge et de décharge dans les accumulateurs nickel-hydrure métallique
Pendant la décharge d’un accumulateur nickel-hydrure métallique, à l’électrode positive, l’oxyhydroxyde de nickel reçoit des électrons en présence d’eau, produisant de l’hydroxyde de nickel et des ions hydroxyde. À l’anode, des ions hydrogène et des électrons sont libérés de l’alliage de stockage d’hydrogène en présence d’ions hydroxyde, produisant de l’eau.
Lors de la décharge, la réaction se produit en sens inverse : à l’électrode positive, les ions hydroxyde réagissent avec l’hydroxyde de nickel pour produire de l’oxyhydroxyde de nickel et libérer des électrons. À l’anode, l’hydrogène est adsorbé en fournissant des électrons.
La charge et la décharge d’un accumulateur nickel-hydrure métallique s’effectuent par une réaction simple qui implique l’adsorption d’hydrogène et la production d’eau. Par exemple, les accumulateurs au plomb utilisés dans les batteries de voiture sont chargés et déchargés par une réaction de précipitation-dissolution des électrodes, de sorte que des charges et décharges répétées entraînent inévitablement une détérioration des électrodes. Les accumulateurs nickel-hydrure métallique ne subissant pas ce mode de dégradation, ils peuvent être utilisée de manière semi-permanente tant que les électrodes elles-mêmes ne se détériorent pas, et peuvent donc être considérées comme des piles à longue durée de vie.
3. Électrodes des accumulateurs nickel-hydrure métallique
Dans le passé, les coalliages étaient principalement utilisés comme alliage de stockage de l’hydrogène pour l’électrode négative afin d’obtenir une capacité élevée, mais on s’est orienté vers des électrodes sans cobalt, principalement pour des raisons de coût. La recherche et le développement ont progressé et des alliages de stockage d’hydrogène à haute capacité ont été développés même sans cobalt. En ce qui concerne la cathode, l’oxyhydroxyde de nickel à l’état chargé est très conducteur, mais l’hydroxyde de nickel à l’état déchargé est un isolant, ce qui pose des problèmes tels que la perte de trajectoires d’électrons pendant la décharge. C’est pourquoi de l’oxyhydroxyde de cobalt ou d’autres matériaux sont ajoutés pour assurer la conductivité.
Autres informations sur les accumulateurs nickel-hydrure métallique
Caractéristiques des accumulateurs nickel-hydrure métallique
1. Caractéristiques des accumulateurs
La tension nominale d’un accumulateur nickel-hydrure métallique est de 1,2 V, soit la même que celle d’un accumulateur au nickel-cadmium. Cela s’explique par le fait que les réactions utilisées pour la charge et la décharge sont similaires. La tension nominale des batteries plomb-acide est de 2,0 V et la tension nominale des batteries lithium-ion est de 3,7 V, ce qui en fait des batteries à tension relativement faible. Comme ces batteries peuvent facilement transporter un courant important, elles sont utilisées dans les équipements qui nécessitent une puissance élevée, comme les voitures hybrides.
Les accumulateurs nickel-hydrure métallique ont un effet mémoire (le fait qu’une recharge répétée fasse chuter la tension de la pile, réduisant ainsi la capacité disponible) et un effet d’inertage. Lorsqu’elles sont utilisées, la compréhension des caractéristiques de la batterie permet d’optimiser sa durée de vie.
2. Sécurité
En principe, les explosions et les incendies de batteries sont provoqués par des étincelles provenant de courts-circuits, qui enflamment les solvants organiques contenus dans l’électrolyte.
Le solvant de l’électrolyte d’un accumulateur nickel-hydrure métallique est de l’eau, de sorte que même si une étincelle se produit, il ne s’enflammera pas. Par conséquent, les mécanismes de contrôle du courant et de la tension n’ont pas besoin d’être conçus de manière aussi rigoureuse que dans les batteries lithium-ion, ce qui réduit les coûts de production. Ce coût inférieur est l’une des raisons pour lesquelles les accumulateurs nickel-hydrure métallique sont encore largement utilisées dans l’industrie.
3. Impact sur l’environnement
Les batteries lithium-ion, les batteries plomb-acide et les batteries nickel-cadmium contiennent des substances dangereuses ayant un impact élevé sur l’environnement (par exemple, le cadmium contenu dans les batteries nickel-cadmium est un agent causal de la maladie itai-itai, l’une des quatre principales maladies dues à la pollution), mais l’impact environnemental des composants des batteries nickel-hydrogène est plus faible que celui de ces batteries et l’électrolyte ne contient pas de solvants organiques. L’électrolyte est également exempt de solvants organiques, ce qui en fait une batterie de stockage respectueuse de l’environnement.