Plomb-acide
L'accumulateur au plomb a été inventé en 1859 par le
français Gaston Planté (Première
batterie rechargeable). C’est actuellement encore la technologie la plus
répandue. La batterie Plomb-acide est utilisée surtout pour les véhicules
thermiques afin de fournir beaucoup d'énergie durant une courte durée
(batteries de démarrage) et également largement utilisé dans l’industrie.
Le principe de la batterie Plomb se base sur :
- Une électrode positive (+) appelée « cathode »
- Une électrode négative (-) appelée « anode »
Les deux électrodes sont séparées par un
diviseur rempli de liquide contenant des ions (électrolyte liquide). Une
batterie plomb ne doit jamais être déchargée à plus de 80 % de sa capacité
nominale. Contrôler l’oxydation des électrodes et
des bornes, pour éviter la dégradation de la batterie.
Avantages : pas de sensibilité
à l’effet mémoire, les moins chères, se trouvent partout, Excellent
rapport prix/durée de vie (3/4 ans en moyenne), solide.
Inconvénients : toxiques, la
plus mauvaise énergie massique 35 Wh/kg,
Sensibles
aux températures négatives (perte d'autonomie jusqu'à -25% à -10°C), le poids, Risque
de cristallisation de sulfate de Plomb si laissée trop longtemps déchargée et
donc perte de capacité irréversible.
Plomb-silicone
La différence est dans l’utilisation d’un
gel de silicone (Electrolyte gélifiée). Utilisation pour les véhicules
électriques et les lampadaires solaires.
Avantages : plus de résistance que la batterie
Plomb traditionnelle, plus économique, étanche et modulable (peut être placé dans
n’importe quelle position).
Inconvénients : Poids (batterie la plus lourde),
délivre moins de courant instantané que la batterie Plomb traditionnelle, durée
de vie plus faible, dépendance à l’utilisation (soin apporté aux charges et
décharges).
Nickel-Cadmium (NiCd)
Batterie qui utilise de l’oxyhydroxyde de nickel et du cadmium (carbonate de zinc) comme
électrodes.
Avantages : Grande durée de vie en nombre de cycles de charge et de
décharge (environ 1000 cycles), stockage aisé quel que soit son niveau de
charge, conserve ses performances à basse température et ne vieillit pas
prématurément à haute température.
Inconvénients : Contient
des substances dangereuses (6% de Cd) ce qui implique qu'il doit être collecté
en fin de vie pour recyclage, Sensibilité à l'effet mémoire, auto-décharge assez
rapide (environ 20% / mois).
Malgré la mise en place sur des véhicules français (Peugeot 106 /
Peugeot Partner/ Peugeot Scoot'elec / Citroën Saxo / Citroën Berlingo / Renault
Kangoo / …). Les batteries NiCd ne sont plus utilisées en raison de la nocivité
du Cadmium sur l'environnement (interdit par un arrêté en 2000).
Nickel-Metal-Hydrure
(NiMh)
Batterie à base d’hydrure métallique (composé chimique permettant de
stocker de l'hydrogène) et de l'oxyhydroxyde de nickel (métal
malléable blanc argenté) comme électrode.
Les accumulateurs NiMH ont été commercialisés vers 1990. Utilisation pour
les véhicules hybrides (TOYOTA PRIUS) et également les vélos à assistance électrique haut de
gamme.
Batterie Ni-Mh de la Toyota Prius (système de ventilation)
Avantages : meilleures performances (énergie volumique supérieure d’au moins
30% par rapport au NiCd), plus faible sensibilité à l’effet mémoire, absence de
cadmium et de plomb (plus propre pour l’environnement)
Inconvénients : auto-décharge importante, ne supporte
pas le dépassement de charge, durée de vie plus faible (environ 500 cycles),
Détection de fin de charge difficile, effets mémoires.
Nickel-Zinc (NiZn)
Composé d’anode de Zinc. En mode décharge, le zinc (matière active
négative) est oxydé en oxyde de zinc non conducteur et en zincate de potassium
soluble dans l’électrolyte. En mode recharge, ces produits d’oxydation sont
réduits en zinc métallique redistribué de manière irrégulière dans l’électrode.
Principalement utilisé dans les jouets.
Avantages : non polluantes, offre une densité énergétique plus importante
(80Wh/kg contre 30Wh/kg pour le plomb), durée de vie en stockage (environ 1000
cycles).
Inconvénients : Prix élevé, effets
mémoires, trop faible aptitude au cyclage des technologies mises en œuvre, des phénomènes
de modifications rapides de la structure de l’électrode de zinc sont à
l'origine d’une brève durée de fonctionnement, en recharge des dendritiques
conduisent à la mise en court-circuit de l’accumulateur (croissances
anarchiques).
Lithium-ion (Li-ion)
La batterie lithium-ion est basée sur l'échange réversible de l'ion lithium entre une électrode positive, le plus souvent un oxyde de métal de transition lithié et une électrode négative en graphite.
L'emploi d'un électrolyte aprotique (un sel LiPF6 dissous
dans un mélange de carbonate d'éthylène, de carbonate de propylène ou de
tétrahydrofurane) est obligatoire pour éviter de dégrader les électrodes très
réactives.
Le Lithium possède la densité énergétique la plus attractive avec un rapport capacité/poids trois fois inférieur au plomb pour une même quantité d’énergie.
Il existe différents types de batterie Lithium-ion :
- Lithium-dioxyde de cobalt (LiCoO2)
- Lithium-oxyde de manganèse (LiMn204)
- Lithium-phosphate de fer (LiFePO4)
Les deux premières sont principalement utilisées pour les équipements
multimédias mobiles (ordinateur portable, GSM, MP3, tablette, solutions
embarquées…)
Avantages : aucun effet mémoire, haute densité d'énergie pour un poids
très faible, très faible auto-décharge, recharge rapide, durée de vie importante (2000 cycles à 80% de
la capacité), pas d’acides corrosifs.
Inconvénients : non adapté pour l’utilisation en grosse capacité (risque d’incendie
ou explosion en cas de court-circuit ou de surcharge) nécessite un circuit de
protection, profondeur de décharge, prix élevé, l'utilisation d'un
électrolyte liquide présente des dangers si une fuite se produit et que
celui-ci entre en contact avec de l'air ou de l'eau (transformation en liquide
corrosif : l'hydroxyde de lithium), toxique pour l’environnement.
Le Lithium-phosphate de fer est utilisé pour les véhicules
électriques.
Avantages : identiques à ceux du Lithium-dioxyde de cobalt ou Lithium-oxyde de manganèse avec en plus
(pas de risque d’incendie ou explosion : meilleure stabilité chimique, pas
de métaux lourd, plus facile à éliminer
(mieux adapté pour l’environnement : moins polluant), moins onéreux
et temps de charge en minutes le plus
rapide.
Inconvénients : en cas de surcharge destruction
de la batterie sans risque d’incendie ou explosion.
Lithium-Polymère (Li-Po)
L'électrolyte est un polymère gélifié. L'accumulateur Li-Po
utilise un principe de fonctionnement semblable aux accumulateurs Li-ion et a
des caractéristiques proches.
Utilisation pour les vélos électriques mais également les
modèles réduits (drones, voitures, avions, …)
Avantages : faibles poids, flexible pour prendre
tous types de formes fines et variées, plus sûr que le Li-ion (plus résistant à la surcharge
et aux fuites d'électrolytes).
Inconvénients : Plus cher que le Li-ion, moins de cycle de vie, densité
énergétique plus faible que les Li-ion et la charge est soumise à des règles
strictes sous peine de risque d'inflammation.
Dans la partie 3, vous découvrirez le lithium-air et le silicium-air qui sont également des types de batteries très prometteuses.
