Batterie Nickel-Cadmium : Un Aperçu
Introduction
La batterie nickel-cadmium (batterie Ni-Cd) est un type de batterie secondaire utilisant de l’hydroxyde de nickel Ni(O)(OH) comme cathode et du cadmium métallique comme anode. Elle se caractérise par une faible impédance interne, offrant des capacités de puissance élevées mais une capacité de stockage d’énergie inférieure par rapport à d’autres systèmes de batteries. Elle présente une longue durée de vie et la capacité de se recharger rapidement, mais peut souffrir d’une dépression de tension ou d’un effet de mémoire, réduisant ainsi la tension de charge maximale et la capacité énergétique lors de décharges superficielles continues.
Composition Chimique
Une cellule Ni-Cd complètement chargée contient :
- Cathode : une plaque d’électrode positive en oxyde-hydroxyde de nickel(III).
- Anode : une plaque d’électrode négative en cadmium.
- Séparateur.
- Électrolyte : un électrolyte alcalin (hydroxyde de potassium).
Les batteries Ni-Cd sont généralement enfermées dans un boîtier métallique équipé d’une plaque d’étanchéité et d’une soupape de sécurité auto-obturante. Les plaques d’électrode positive et négative, isolées l’une de l’autre par le séparateur, sont enroulées en forme de spirale à l’intérieur du boîtier, connue sous le nom de conception « jelly-roll », permettant à une cellule Ni-Cd de fournir un courant maximal bien plus élevé que celui d’une cellule alcaline de taille équivalente.
Réactions Chimiques
Les réactions chimiques aux électrodes de nickel et de cadmium sont cruciales pour le fonctionnement de la batterie. Durant la charge, l’hydroxyde de nickel se convertit en oxyhydroxyde de nickel (NiOOH) :
2Ni(OH)2 + 2OH– → 2NiOOH + 2H2O + 2e–
Et pendant la décharge, les réactions sont inversées. La réaction globale lors de la décharge est :
2NiOOH + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2
Avantages et Inconvénients
Les principaux avantages des batteries Ni-Cd incluent :
- Capacité de délivrer un courant de sortie élevé.
- Tolérance relative à la surcharge.
- Capable de supporter jusqu’à 500 cycles de charge.
Cependant, elles présentent des inconvénients significatifs :
- Le cadmium utilisé est toxique et peu respectueux de l’environnement.
- Effet de mémoire notable.
- Coût plus élevé comparé à d’autres types de batteries pour une même capacité.
Caractéristiques Techniques
Les caractéristiques clés des batteries Ni-Cd comprennent :
- Tension de cellule : Environ 1,2V pour les batteries AA et AAA.
- Tension de coupure : Généralement fixée à 1,0V par cellule.
- Capacité : Varie entre 600-1000 mAh pour les batteries AA.
- Taux de C : Indique la vitesse de décharge ou de charge par rapport à sa capacité maximale.
- Auto-décharge : Environ 10% par mois à 20°C.
- Profondeur de décharge : Indique le pourcentage d’énergie retiré de la batterie.
Applications et Réglementations
Les applications des batteries nickel-cadmium se retrouvent dans les appareils portables de petite taille tels que les outils électriques, les jouets, l’éclairage d’urgence, l’instrumentation médicale ou les produits industriels portables. Cependant, en raison de la toxicité du cadmium, de strictes réglementations et lignes directrices sur la manipulation du cadmium sont en place dans le monde entier et dans l’UE.
Conclusion
Malgré leurs avantages, les batteries Ni-Cd sont de moins en moins utilisées en raison de leur impact environnemental et de l’émergence de technologies de batteries plus avancées et respectueuses de l’environnement. Leur utilisation reste cependant pertinente dans certains domaines spécifiques où leurs caractéristiques uniques sont avantageuses.
