Li-ion contre NiCad

Les batteries au lithium-ion (ou Li-ion ) sont de plus petite taille, nécessitent peu d'entretien et sont plus sûres pour l'environnement que les batteries au nickel-cadmium (également appelées batteries NiCad, NiCd ou Ni-Cd ). Bien qu'elles présentent des similitudes, les batteries Li-ion et NiCd diffèrent par leur composition chimique, leur impact sur l'environnement, leurs applications et leurs coûts.

Tableau de comparaison

Tableau de comparaison Li-ion versus NiCad
Li-ion NiCad
Puissance spécifique~ 250- ~ 340 W / kg1800mha
Effet mémoireNe souffre pas d'effet mémoireSouffrez d'effet mémoire

Électrochimie

Une batterie au nickel-cadmium utilise du cadmium pour l'anode (borne négative), de l'oxyhydroxyde de nickel pour la cathode (borne positive) et de l'hydroxyde de potassium aqueux comme électrolyte.

Une batterie lithium-ion utilise du graphite comme anode, de l'oxyde de lithium pour la cathode et un sel de lithium comme électrolyte. Les ions lithium se déplacent de l'électrode négative à l'électrode positive pendant la décharge, et reviennent lors de la charge. Les cellules électrochimiques au lithium-ion utilisent un composé de lithium intercalé comme matériau d'électrode au lieu du lithium métallique, contrairement aux batteries primaires au lithium jetables.

Impact environnemental

Les batteries NiCad contiennent entre 6% (batteries industrielles) et 18% (batteries grand public) de cadmium, qui est un métal lourd toxique et nécessite donc une attention particulière lors de l'élimination des batteries. Le gouvernement fédéral le classe comme déchet dangereux. Aux États-Unis, une partie du prix de la batterie est une redevance pour sa mise au rebut appropriée à la fin de sa durée de vie.

Les composants des batteries lithium-ion sont sans danger pour l'environnement car le lithium est un déchet non dangereux.

Coût

Une batterie au lithium-ion coûte environ 40 pour cent de plus à fabriquer en raison du circuit de protection supplémentaire pour surveiller la tension et le courant.

Fonctionnement et performances

Le plus gros inconvénient des batteries nickel-cadmium est qu'elles souffrent d'un "effet mémoire" si elles sont déchargées et rechargées plusieurs fois au même état de charge. La batterie "se souvient" du point de son cycle de charge où la recharge a commencé et lors de l'utilisation ultérieure, la tension chute soudainement à ce point, comme si la batterie avait été déchargée. Cependant, la capacité de la batterie ne diminue pas sensiblement. Certains appareils électroniques sont spécialement conçus pour résister à cette tension réduite suffisamment longtemps pour que la tension revienne à la normale. Cependant, certains appareils ne peuvent pas fonctionner pendant cette période de baisse de tension, et la batterie semble "morte" plus tôt que la normale.

Un effet similaire appelé dépression de tension ou effet de batterie paresseux, résulte d'une surcharge répétée. Dans ce cas, la batterie semble être complètement chargée mais se décharge rapidement après seulement une brève période de fonctionnement. Si elle est bien traitée, une batterie nickel-cadmium peut durer 1 000 cycles ou plus avant que sa capacité ne descende en dessous de la moitié de sa capacité d'origine.

Un autre problème est la charge inversée, qui se produit en raison d'une erreur de l'utilisateur ou lorsqu'une batterie de plusieurs cellules est complètement déchargée. La charge inversée peut réduire la durée de vie de la batterie. Le sous-produit de la charge inversée est l'hydrogène gazeux, qui peut être dangereux.

Lorsqu'elles ne sont pas utilisées régulièrement, les dendrites ont tendance à se développer dans les batteries NiCad. Les dendrites sont de minces cristaux conducteurs qui peuvent pénétrer la membrane du séparateur entre les électrodes. Cela entraîne des courts-circuits internes et une défaillance prématurée.

Les batteries au lithium-ion nécessitent peu d'entretien. Ils peuvent être rechargés avant d'être complètement déchargés sans créer «d'effet mémoire» et fonctionner dans une plage de température plus large. Par rapport au Ni-Cd, l'autodécharge au lithium-ion est inférieure à la moitié, ce qui la rend bien adaptée aux applications modernes de jauge de carburant. Le seul inconvénient est que la batterie lithium-ion est fragile et nécessite un circuit de protection pour maintenir un fonctionnement sûr. Le circuit de protection est intégré dans chaque pack, ce qui limite la tension de crête de chaque cellule pendant la charge et empêche la tension de la cellule de chuter trop bas lors de la décharge. Pour éviter des températures extrêmes, la température des cellules est également surveillée.

Tailles et types

Les piles Ni-Cd sont disponibles de AAA à D, les mêmes tailles que les piles alcalines, ainsi que plusieurs tailles multi-cellules. En plus des cellules individuelles, elles sont disponibles en packs de jusqu'à 300 cellules, couramment utilisées dans les applications automobiles et industrielles lourdes. Pour les applications portables, le nombre de cellules est inférieur à 18 cellules. Il existe 2 types de batteries NiCd: scellées et ventilées.

Les batteries Li-ion sont plus petites, plus légères et fournissent plus d'énergie que les batteries nickel-cadmium. Ils sont également disponibles dans une grande variété de formes et de tailles dans 4 types de formats:

  • Petit cylindrique (corps solide sans bornes, comme ceux utilisés dans les batteries d'ordinateurs portables)
  • Grand cylindrique (corps solide avec de grandes bornes filetées)
  • Pochette (corps plat et doux, comme ceux utilisés dans les téléphones portables)
  • Prismatique (boîtier en plastique semi-dur avec de grandes bornes filetées, souvent utilisé dans les packs de traction des véhicules)

Les cellules de poche ont la densité d'énergie la plus élevée en raison de l'absence de boîtier. Cependant, il nécessite une certaine forme de confinement externe pour empêcher l'expansion lorsque son niveau d'état de charge (SOC) est élevé.

Applications

Les batteries NiCad peuvent être assemblées en batteries ou utilisées individuellement. Les cellules petites et miniatures peuvent être utilisées dans les lampes de poche, les appareils électroniques portables, les appareils photo et les jouets. Ils peuvent fournir des courants de pointe élevés avec une résistance interne relativement faible, ce qui en fait un choix favorable pour les modèles réduits d'avions électriques télécommandés, les bateaux, les voitures, les outils électriques sans fil et les flashes d'appareil photo. De plus grandes cellules inondées sont utilisées pour les batteries de démarrage des avions, les véhicules électriques et l'alimentation de secours.

Avec des qualités telles que des densités énergétiques élevées, aucun effet de mémoire et une perte de charge lente lorsqu'elles ne sont pas utilisées, les batteries lithium-ion sont le choix le plus populaire pour l'électronique grand public. Ils gagnent également en popularité pour les applications militaires, de véhicules électriques et aérospatiales.

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