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	environ huit ans
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 l'électrode.

Description

La technologie NiMH est extrêmement répandue dans les accumulateurs portables d'usage courant :

• les modèles AA/HR6 dont la capacité peut atteindre 2 900 mAh pour les plus performants ;
• les modèles AAA/HR3 dont la capacité maximale est de 1 000 mAh.

Hormis le nickel (sous la forme d'oxyhydroxyde de nickel) 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.

LaNi₅ est un composé intermétallique.

Charge

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/1 (1 h) ou même de C/0,25 (15 min). 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 : < 1 h, normal : 14 h ou combiné : rapide sur 2 h + 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).

Historique

Accumulateur nickel-hydrure métallique de Varta, Museum Autovision, Altlußheim, Allemagne.

À l'origine, les recherches aboutissent dans les années 1960 après un travail commandité pendant deux décennies par Volkswagen et Daimler-Benz (dans contrat de recherche avec Battelle à Genève aboutissant au brevet de base sur batteries NiMH (brevet US. 3,669,745 - granted 13.06.72). Dans les années 1970, c'est Philips et le CNRS qui font des travaux remarquables. La partie de l'électrode positive est fortement développée par Yuasa.

Les accumulateurs NiMH sont commercialisés vers 1990 par Johnson Control inc. et présentent une énergie volumique supérieure d'au moins 30 % par rapport aux accumulateurs NiCd (Nickel-Cadmium). À partir de 1994 le groupe allemand BMZ Group s'est fait une spécialité du montage à façon de ces accumulateurs pour en produire des packs pour de nombreux usages « sur mesure ».
Ces accumulateurs sont aujourd'hui eux-mêmes dépassés en termes d'énergie massique par les accumulateurs Li-ion (Lithium-ion) et Li-Po (Lithium-Polymère).

En 2005, apparaissent les accumulateurs NiMH à faible auto-décharge.

Points forts du Ni-MH

• En tant qu'accumulateurs, la capacité à fonctionner pendant plusieurs centaines de cycles de charge-décharge.
• Une densité massique supérieure à celle des nickel-cadmium.
• Simple à stocker et à transporter (l'accumulateur ne contient pas de lithium).
• Ne contient pas de cadmium, métal lourd et toxique.

Points faibles du NiMH

• Détection de fin de charge complexe
• Durée de vie plus faible que le nickel-cadmium en nombre de cycles.

Accumulateurs NiMH à faible auto-décharge

En 2005, apparaissent 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^[1].

Leur faible résistance interne permet un maintien d'une tension plus élevée avec les équipements nécessitant des courants élevés, comme les appareils photo numériques^[2].

Utilisation dans les véhicules hybrides

Batterie Ni-MH de Prius II.

Les batteries NiMH sont très utilisées dans 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 sont renvoyées au Japon chez Panasonic, qui se charge du recyclage. Aujourd'hui, celui-ci devrait être effectué en France par la SNAM^[3], en vertu de l'accord^[4] sur le recyclage des batteries nickel-hydrure métallique (Ni-MH) des véhicules hybrides du groupe Toyota signé le 24 juin 2010 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 recyclées 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 de vente en Europe et à recycler les batteries NiMH et Li-Ion par le programme assuré par SNAM.

Notes et références