Batteries, les technologies

Les batteries sont devenues incontournables au quotidien. On les retrouve dans la plupart des objets que nous utilisons : perceuses, téléphones portables, netbook mais aussi et de plus en plus dans de nouveaux moyens de transports : vélo électrique, voiture électrique, voiture hybride. La batterie permet alors répondre au problème de la dépendance énergétique et tente de contribuer à limiter le réchauffement climatique par un déplacement sans rejet de co2.

La batterie permet de stocker de l'énergie électrique pour la restituer ensuite. Il existe différentes technologies de batterie : au plomb, NICD, NIMH et Lithium : toutes ont des avantages et inconvénients (quantité énergie stockée, nombre de cycles charge et décharge, durée de vie, poids, tarif ..).

Batterie au Plomb
C'est la technologie la plus ancienne car L'accumulateur au plomb a été inventé en 1859 par le français Gaston Planté.
Techniquement il existe deux types de batterie au plomb : les batteries " ouvertes ", basée sur des électrodes en plomb et de l'acide sulfurique comme électrolyte et les batteries " étanches ", l'électrolyte peut être gélifié ou absorbé en matière microporeuse.
La batterie au plomb est celle qui a le plus mauvais rapport masse/énergie (35 Wh/kg) après la batterie Nickel-Fer. Cependant, elle est capable de fournir une grande intensité, utile pour le démarrage électrique des moteurs à combustion interne.
Avantages : elle est peu chère, on la retrouve souvent dans les offres d'entrée de gamme pour des véhicules électriques.
Inconvénients : faible quantité de stockage d'énergie, acide sulfurique dangereux, polluant (le plomb peut être source de pollution), mais surtout sa masse importante.
Nombre cycles charge/décharge : 400 à 800
Durée de vie : 4 à 5 ans.
Largement utilisé dans l'industrie ainsi que dans l'équipement des véhicules automobiles.

Batterie NiCd
Les batteries nickel / cadmium (NiCd) sont composées d'électrodes en nickel oxyde hydroxyde et en cadmium. L'électrolyte est alcalin.
Bien que dépassées par les batteries NiMH, elles-mêmes aujourd'hui concurrencées par les batteries Li-ion, les batteries NiCd sont aussi bien maitrisées et robustes. Elles supportent bien les décharges complètes, (et sont même préconisées pour leur durée de vie).
Avantages : Charge simple et rapide, même après une longue période de stockage, grande durée de vie en nombre de cycle de charge et de décharge, faible cout.
Inconvénients : S'auto-décharge assez rapidement (20% / mois), effet mémoire (diminution progressive de la quantité d'énergie que l'accumulateur peut délivrer), polluant (le Cadmium peut être source de pollution).
Nombre de cycles charge/décharge : 1500-2000
Durée de vie : 2 à 3 ans
Préconisées pour un usage répétitif et industriel.

Batterie NiMh
Les batteries nickel-métal hydrure ont remplacées les batteries NiCd vers 1990.
Les batteries Nickel-Metal Hydride (NiMH) sont similaires aux batteries NiCd mais elles utilisent un alliage qui absorbe l'hydrogène à la place du Cadmium : le nickel oxyhydroxide (NiOOH).
Avantages : Contient beaucoup plus d'énergie que le Nickel-cadmium, Peu sensible à l'effet mémoire, Simple à stocker et transporter, ne pollue pas comme le Nickel-cadmium.
Inconvénients : Ne supporte pas le dépassement de charge, il ne faut pas les décharger complètement.
Nombre cycles charge/décharge : 800 à 1000
Durée de vie : 2 à 4 ans.
Les batteries NiMH sont actuellement très utilisées pour équiper les voitures hybrides (moteur à combustion + moteur électrique).

Batterie Li-ion
Les batteries lithium ion (Li-ion) sont basées sur le passage d'ions Lithium de l'anode à la cathode pendant la décharge et l'inverse pendant la charge. La batterie lithium-ion occupe aujourd'hui une place prédominante sur le marché de l'électronique portable. Contrairement aux autres technologies, les accumulateurs Li-ion ne sont pas liés à un couple électrochimique.
Avantages : aucun effet mémoire, faible autodécharge (10 % par mois voire souvent moins de quelques % par an), possède une haute densité d'énergie pour un poids très faible
Inconvénients : problème de sécurité, les batteries peuvent prendre feu sous l'effet d'un court-circuit ou même exploser, s'use même quand on ne s'en sert pas, ne pas faire de décharges prodondes.

Attention, ces batteries doivent toujours être équipées d'un circuit de protection, d'un fusible thermique et d'une soupape de décharge.

Nombre de cycles charge/décharge : 500-1000
Durée de vie : 2 à 3 ans
Les batteries Li-ion, occupent aujourd'hui une place prédominante sur le marché de l'électronique portable

Une variante : la batterie Li-Po, qui est l'appellation commerciale du Li-ion polymère o๠l'électrolyte est un polymère gélifié.

Avantages : batterie pouvant prendre des formes fines et variées, faible poids, plus sûre que les Li-ion (plus résistante à la surcharge et aux fuites d'électrolytes), plus de cycles de vie.
Inconvénients : Densité énergétique plus faible que les Li-ion, plus cher que le Li-ion, charge soumise à des règles strictes sous peine de risque d'inflammation

Des batteries Lithium polymère sont couramment utilisées pour la fourniture d'énergie aux modèles réduits volants.

Tableau de synthèse