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Les batteries rechargeables nickel-zinc (NiZn) viennent de réapparaitre sur le marché en 2010 (et en 2016 elles ont à nouveau disparu).
Les batteries Nickel-Zinc existent déjà depuis très longtemps (Edison a déposé un brevet à l'époque), mais ces batteries n'ont jamais été utilisées à grande écvhelle à cause d'un fonctionnement peu fiable.
Quand j'ai écrit la première version de ce texte, il y a près de
10 25 ans, on trouvait déjà des piles Ni-Zn (
GP DIGI), mais elles n'étaient pas rechargeables.
C'est en effet un des défauts de ces batteries: le zinc a tendance à se dissoudre dans l'électrolyte et puis de se redéposer un peu partout, produisant des cours-circuits miniatures qui rendent l'élément inutilisable.
On commence malheureusement avec de la désinformation: la capacité des accus est indiquée en milliwatt au lieu de milliampère. La capacité effective est de 1500mAh, moins que celle des accus NiMH de la dernière génération.
Ce n'est que récemment qu'on a mis au point une formulation évitant la formation de dendrites (ces filaments de zinc qui forment des cours-circuits). Le test en 2026 des accus NiZn répond à la question de la fiabilité actuelle de ces accus.
En 2015, ces accus se sont plus fournis que sous forme de packs utilisés dans l'industrie (plus d'éléments au format classique AA). Dans certains cas (véhicules avec fonction start-stop), on a remplacé la batterie au plomb par une batterie Nickel-Zinc qui résiste mieux aux décharges répétées (nécessite le remplacement de l'alternateur). Et un an plus tard, on a abandonné cette technologie et on est repassé à des batteries au plomb (mais avec électrolyte gélifié).
Technologie
Les accus nickel-zinc utilisent la technologie des accus à électrolyte alcalin:
- L'électrolyte est une solution concentrée de potasse caustique (hydroxyde de potassium KOH) auquel on a ajouté un peu d'hydroxyde de lithium (LiOH).
- L'électrode positive est composée de d'oxyhydroxyde de nickel qui se transforme en hydroxyde lors de la décharge. Les deux composants sont peu solubles dans l'eau mais changent légèrement de taille pendant la charge et la décharge. Le gonflement est moins prononcé qu'avec l'électrode des batteries au plomb-acide (et qui est une cause de la perte de capacité de ces batteries).
- L'électrode négative est composée de zinc métallique qui est transformée en zincate de potassium soluble dans l'électrolyte. Lors de la recharge le zinc se redépose sur l'électrode, mais ne forme pas une couche homogène et il y a risque de formations de dendrites qui peuvent à la longue faire contact avec l'électrode positive, cours-circuitant ainsi l'élément. Le zinc peut également être transformé en oxyde de zinc non conducteur. Des éléments chimiques ajoutés à l'électrolyte réduisent les effets négatifs et améliorent la durée de vie.
Les accus à électrolyte alcalin ne diffèrent fondamentalement que par la composition de l'électrode négative. Nous avons ainsi des accus au nickel-fer (accus à électrolyte liquide de grande capacité), nickel cadmium (les premiers accus domestiques au format D, C, AA et AAA) et puis nickel-hydrure métallique. Parmi tous ces éléments le zinc a un potentiel redox très négatif permettant une tension plus élevée par élément.
Tous ces accus ont une dégradation plus ou moins rapide de l'électrolyte par absorption de gaz carbonique de l'air. C'est le cas avec les accus nickel-fer, mais également avec les accus nickel-zinc. Il y a également une perte d'eau par électrolyse en cas de surcharge de l'élément.
Utilisation actuelle
La technologie nickel-zinc semble actuellement être utilisée dans les alimentations sans interruption (UPS) des serveurs à la place des accus acide-plomb. Il s'agit d'accus beaucoup plus gros que les accus au format AA et AAA et la fiabilité semble meilleure. Ces accus ont le même format que les accus nickel-fer. Dans les applications d'alimentation sans interuption l'accu doit pouvoir fournir toute son énergie en 5 minutes, le temps que les groupes électrogènes prennent la relève en cas de coupure de courant. La durée de vie des accus NiZn est plus élevée que les accus au plomb et ils peuvent également fournir un courant plus important. Après une utilisation (décharge totale à 12C) il faut laisser reposer les accus pour qu'ils puissent se refroidir. C'est une application industrielle et on ne trouve pas que peu d'accus de ce type sur le marché.
A droite la courbe de décharge d'un accu nickel-zinc. La courbe montre que la tension reste à environ 1.7V pendant la plus grande partie de la décharge qui se produit avec un courant de 100mA.
Nickel-Zinc
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