Ecoconception Les accumulateurs électriques Introduction

Ecoconception
Les accumulateurs électriquesIntroduction 1
Différents type d'accumulateurs actuels : 1
Plomb-Acide 1
Ni-Cd (nickel-cadmium) 1
Ni-MH (nickel-métal hydrure) 1
Ni-Zn (nickel-zinc) 1
Lithium 1
Evolution des accumulateurs 1
Batteries à base d’algues : 1
Batteries de lithium-fer-phosphate (LiFePO4) développé au MIT : 1
Batteries écologiques : 1
Batteries nucléaires : 1
Introduction
C’est un dispositif destiné à stocker l’énergie électrique et à la restituer ultérieurement.
Il existe différents types d’accumulateurs :
• Les accumulateurs d'énergie convertissant l'énergie électrique dans une autre forme afin
de la stocker (par exemple en énergie cinétique) et, qui sont capables de la restituer
ultérieurement ;
• Les accumulateurs électriques fonctionnant selon les principes de l’électrostatique :
bouteilles de Leyde, condensateurs ;
• Les accumulateurs électriques fonctionnant selon les principes de l'électrodynamique :
circuits bobinés ;
• Les accumulateurs électrochimiques, fonctionnant grâce aux réactions électrochimiques
de leurs électrodes, qui assurent la conversion de l’énergie chimique en énergie
électrique ;
• Les piles qui ne sont pas des accumulateurs électrochimiques, car elles ne sont pas
rechargeables. Piles et accumulateurs électrochimiques sont des générateurs
électrochimiques. Les piles fournissent la quantité d'électricité prévue à leur fabrication
(aucune charge, ni préparation n'est nécessaire avant utilisation).
Différents type d'accumulateurs actuels :
Plomb-Acide
La tension nominale d'un élément accumulateur de ce type est de 2,25 V. Il s'agit du
système le plus ancien, mais aussi potentiellement l'un des plus polluants. C'est le
dispositif de stockage d'énergie électrique utilisé dans la plupart des véhicules
automobiles.

Le fonctionnement de la batterie ne disperse pas de plomb.
Le plomb est un polluant, en revanche le recyclage des batteries est facile. Le transport et
le recyclage des batteries est de plus en plus sévèrement réglementé, ce qui augmente
les frais, diminue la rentabilité du recyclage ; par conséquent la quantité de batteries
recyclées a tendance à diminuer, le prix du kilogramme de batteries devient inférieur au
prix du kilogramme de ferraille.
La durée de vie ainsi que les performances d’une batterie au plomb dépendent fortement
de l’utilisation que l’on en fait. Ainsi, on a vu des batteries rendre l’âme après seulement
50 cycles alors que d’autres du même type ont tenu plus de 500 cycles. Cette forte
disparité est en partie due au fait que ces batteries sont influencées par le type de cycle
charge/décharge qu’on leur impose, supportent très mal les décharges profondes et
nécessitent un système embarqué de contrôle très poussé afin de fournir les meilleures
performances possibles.
Ni-Cd (nickel-cadmium)
La tension nominale d'un élément accumulateur de ce type est de 1,2 V. Ce couple
électrochimique est l'un des plus couramment utilisés depuis plusieurs décennies pour
fabriquer des batteries d'accumulateurs alimentant les appareils portatifs. Ce type
d'accumulateur possède un effet mémoire, ce qui impose leur stockage dans un état
déchargé (0,6 V). La fin de charge est caractérisée par une variation de la tension de
charge (dv/dt) négative. C'est ce seuil qui est détecté par les chargeurs automatiques de
qualité pour arrêter la charge.
Par rapport au Ni-MH, le Ni-Cd peut supporter des pointes de courant en décharge plus
importantes (de l'ordre de 10 fois) mais sa décharge naturelle est beaucoup plus rapide
que celle du Ni-MH. Le cadmium est très polluant. Ce type d'accumulateur permet un
nombre de cycles charge/décharge plus important que les accus Li-ion et beaucoup plus
important que les Ni-MH (durée de vie supérieure).
Notons enfin que l'augmentation considérable des cours du nickel ces dernières années a
relancé le marché de ce type d'accumulateurs dans ses usages industriels (applications
aéronautiques, ferroviaires, stationnaires).
Ni-MH (nickel-métal hydrure)
La tension nominale d'un élément accumulateur de ce type est de 1,2 V. Ce type
d'accumulateur n'incorpore ni cadmium ni plomb et est donc peu polluant. De plus, son
énergie massique est supérieure de 40 % à celle des Ni-Cd et son effet mémoire est très
faible.
La fin de charge est caractérisée par une variation de la tension de charge (δv/δt) très
faiblement négative. C'est ce seuil qui est détecté par les chargeurs automatiques de
qualité pour arrêter la charge.
Ni-Zn (nickel-zinc)
Le NiZn est un couple connu depuis longtemps, mais qui n'avait pu être industrialisé de
manière significative, à cause d'une très faible durée de vie en cyclage.
Ce problème est aujourd'hui totalement résolu par une nouvelle technologie développée
en France entre 1998 et 2005.
Le NiZn constitue désormais un système à la fois d'énergie et de puissance, aux
performances supérieures à celles du NiCd et du NiMH. Il accepte des régimes élevés de
charge et de décharge. Sa tension nominale est de 1,65 V. Le NiZn est un accumulateur
robuste, fiable et parfaitement sûr, fonctionnant en mode sans maintenance (étanche).

Sa durée de vie en cyclage est équivalente à celle du NiCd, son autodécharge et son effet
mémoire sont inférieurs.
Le NiZn est de fabrication plus économique que les autres accumulateurs alcalins (NiCd et
NiMH). Il ne contient aucun métal lourd, et il est aisément et intégralement recyclable en
fin de vie.
Lithium
Les accumulateurs à base de lithium sont d'une technologie récemment mise au point et
en cours de développement intense, présentant un très important potentiel
électrochimique.
Accumulateur LiPo de téléphone GSM
On distingue la technologie lithium métal où l'électrode négative est composée de lithium
métallique (matériau qui pose d'importants problèmes de sécurité), et la technologie
lithium ion, où le lithium reste à l'état ionique grâce à l'utilisation d'un composé d'insertion
aussi bien à l'électrode négative (généralement en graphite) qu'à l'électrode positive. Les
problèmes de sécurité demeurent (prise de feu) en cas de surcharge, de surdécharge ou
de court-circuit. Les accumulateurs lithium-ion sont partiellement remplacés par les
accumulateurs lithium polymère délivrant un peu moins d'énergie, mais beaucoup plus
sûrs.
La durée de vie de ces accumulateurs n'est que de 2 à 3 ans après fabrication,
indépendamment du nombre de cycles de charges.
Le potentiel le plus répandu d'une cellule au lithium-ion est de 3,7 V.
Evolution des accumulateurs
Batteries à base d’algues :
- Développé à KTH à partir de la cellulose produite dans les parois des cellules des
végétaux.
- Chargement de la batterie en dix secondes.
- Légère, bon marché, grande capacité, rapide, tout cela provient de la nanostructure
d’une algue verte.
Batteries de lithium-fer-phosphate (LiFePO4) développé au MIT :
- Transport rapide de l’énergie électrique grâce à un nouveau matériau.
- Etudes pouvant permettre la recharge rapide des batteries pour voitures électriques.
- Très grande densité énergétique mais longue période de charge.
Batteries écologiques :
- Substances organiques venant de végétaux.
- Rendre les mobiles avec ce type de batterie moins polluant.
- Recherches effectuées par Orgabat en Picardie.
Batteries nucléaires :
- Développé à l’université du Missouri.
- Générateur thermoélectrique à radio-isotope.
- Très petit.

- Très grande capacité.
- Effet radioactif.