Piles et Accumulateurs

Objet

A rédiger.

1. Pile (Primary Battery) non rechargeable

Solution à usage unique pour des objets peu accessibles et qui nécessitent une source d'énergie pendant une longue durée.

De part leur usage unique, elles apparaissent comme peu eco-responsables, mais elles peuvent être une source optimale dans certaines applications peu gourmandes en énergie et peu accessibles comme des objets connectés de type Beacon ou des capteurs.

En général densité de puissance supérieure, et capacité à générer des courant pics plus élevés.

Différentes technologies:

Technologie	Tension nominale	Densité d'énergie (Wh/kg)	Densité de puissance	Durée de vie sur étagère	Coût moyen	Applications typiques	Eco-compatibilité
Alcaline : zinc-dioxyde de manganèse (Zn-MnO₂)	1.5V	100-300	moyenne	Longue 5 -10 ans	faible	applications faibles courants	Sans danger, mais recyclabilité limitée
Zinc-Carbone (Zn-C)	1.5V	40-70	faible	Courte 2-3 ans	Très faible	applications faible courant (torche, radio, jeux électroniques)	Mauvais pour électrolyte acide et faible recyclabilité
Chlorure de Zinc (ZnCl₂)	1.5V	60-100	Faible à moyenne	3-5 ans	Très bas	Application faible courant : Télécommandes horloge murale	Faible recyclabilité, faible durée de vie
Lithium-Disulfure de Fer (LiFeS₂₎	1.5V	Haute 250-300	haute	10-20 ans	élevé	Compatible basses températures Appareils portables médicaux, caméra	impact pour extraction Li, mais longue durée de vie
Lithium-dioxyde de manganèse (Li-MnO₂)	3V	200-300 moyen	moyenne à haute	longue (10 ans et plus)	élevé	Équipement portable médical et grand public, systèmes de sécurité	recyclage possible, longue durée de vie
Zinc Oxyde d'argent (Zn-Ag₂O)	1.55V	130-160	haute	3-5 ans	Très élevé	montres, calculatrices aides auditives	recyclage pour récupérer l'argent
Zinc-Air (Zn-O₂)	1.4-1.65V	100-300	Faible à moyenne	3-5 ans si scellée	Faible à moyen	aides auditives	Bon recyclage
Lithium–Chlorure de Thionyle (Li–SOCl₂)	3.6V	400–700	Faible à moyen	10-20 ans	Très élevé	Réseaux de capteurs IoT, dispositifs médicaux, militaire	Mauvaise en raison des composés toxiques
Lithium–Dioxyde de Soufre (Li–SO₂)	2.9V	200–300	élevée	10 ans	élevé	Militaire, spatial	Toxique, précautions d’usage
Lithium-Carbone Monofluore (Li–CFₓ)	3V	250–700	Faible	10-20 ans	élevé	Implants médiaux	Difficilement recyclable, contient du Fluor

2. Batterie (Secondary Battery) rechargeable

Le terme batterie s'applique à des solutions comportant plusieurs élements unitaires appelés cellules et qui peuvent intégrer une solution de protection contre les sur-courants, les surcharges ou les décharges trop profondes.

Technologie	Tension nominale	Densité d'énergie Wh/kg)	Densité de puissance	Cycles de charge	Durée de vie sur étagère	Coût moyen	Applications	Eco-compatibilité
Nickel-Cadmium (NiCd)	1.2V	40-60	élevée	1000- 2000	1-3 ans autodécharge	élevé	Éclairage solaire,de jardin, backup applications critiques	problème du Cadmium, effet mémoire
Nickel Métal Hydrure (NiMH)	1.2V	60-120	moyenne	500 - 1000	1-5 ans Moyen, autodécharge importante	moyen	Alternative aux piles AA et AAA, médical, véhicules hybrides	Pas toxique, recyclage standard du nickel
Lithium-ion (Li-ion)	3.6-3.7V	150-250	élevée	500 - 1500	2-5 ans, faible autodécharge	moyen à élevé	Etendues : téléphone, laptops, véhicules électriques	problème de sécurité, disponibilité Li et Co
Lithium Oxyde de Cobalt (LiCoO₂)	3.6-3.7V	180-240	moyenne	500 - 1000	2-5 ans	élevé	Téléphone, laptops, appareils photos	Extraction et recyclage du Cobalt
Lithium Fer Phosphate (LiFePO₄)	3.2V	90-160	élevée	2000 - 6000	3-10 ans	moyen	Véhicules électriques, stockage pour solaire	plus stable, gamme de température étendue
NMC Lithium Nickel Manganèse Cobalt (LiNiMnCoO)	3.6-3.7V	180-250	élevée	1000 - 2000	2-5 ans	moyen	Véhicules électriques, circuits de puissance	Impacte du Ni et Co
NCA, Lithium Nickel Cobalt	3.6-3.7V	200-260	élevée	1000 - 1500	2-5 ans	moyen	Véhicules électriques haut de gamme	Impacte des matériaux Li, Ni et Co
LMO, Lithium Manganèse Oxyde (LiMn₂O₄)	3.7-4V	100-150	élevée	500 - 1000e	3-7 ans	moyen	Outils de puissance, équipements médicaux	En dehors du Li, Mn est relativement abondant
LTO, Lithium Titanate (Li₄Ti₅O₁₂)	2.4V	50-80	très élevée	5000 - 20000	10-20 ans	Très élevé	charge rapide, courant élevé, dispositifs médicaux, robotique	Très fiables et sécures, vie et cycles très longs
Lithium-Polymère (LiPo)	3.7V	150-250	élevée	500 - 1000	2-4 ans	moyen à élevé	Drones, électronique portable	Impacte de l’extraction du Li
Nickel–Zinc (NiZn)	1.6V	100-150	élevée	200 - 500	1-3 ans	moyen	Remplacement piles AA et AAA, alternative pour le stockage fiable	Matériaux courant, mais durée de vie limitée
Batterie au plomb	2V	20-50	moyenne	300 - 1000	6-12 mois	très bas	Automobile, stockage en backup	Bien recyclée
Technologies émergentes
Sodium-ion (Na-ion)	2.3-3V	100-160	moyenne	1000 -3000	2-5 ans	faible	Stockage réseau, véhicule électrique, systèmes portables	Matériaux abondants
Batterie à flux RedOx Vanadium	1.3-1.6V	20-50	faible	10000 -20000	10-20 ans	élevé	Stockage d’énergie de longue durée (réseau)	Recyclable, stables
SSB, Etat Solide (Solid State)	3-4.2V	300-500	moyenne à élevée	1000 - 5000	Très élevé (20 à 30 ans)	Très élevé	charge rapide, applications visées dans les véhicules électriques	sécurité accrue
Silicium-Carbone (Si-C)	3.6-3.7V	250-350	élevée	500 - 1000	2-4 ans	élevé	charge rapide Smartphones, véhicules électriques	procédés de fab. complexe
Paper batteries	1.2-3.6V	20-150	moyenne à élevée	100 - 5000	moyenne (sensible à l'humidité)	très faible	Electronique portable, usage unique, IoT	Support = cellulose, mais contiennent des composés chimiques
Bio-Batteries	0.3-1.2V	5-100	moyenne	10-1000	faible (dégradation rapide)	faible	Implants médicaux, bio-capteurs, patch	Très bonne, faible toxicité

3. Exemples d'ACV sur des technologies standards pour l'IoT.

Un ACV a été réalisé sur 3 technologies standards : une pile LiMnO₂, une batterie NiMH et une batterie LiFePO₄.

Pile Lithium Manganèse Dioxyde (LiMnO₂) : Cette technologie est utilisée dans les systèmes très faible puissance mais qui nécessitent une alimentation sur des durées longues comme les centrales d'alarme. Un exemple est la pile bouton référence 97384198 de Murata :

Référence : CR2477X-HE
Tension nominale : 3V
Capacité nominale: 1000mAh
Courant continu de décharge : ≤ 1mA
Pulse de courant max : 30mA
Format : Diamètre 24.5mm, hauteur 7.7mm
Masse : 9.5g
Gamme de température: -40 à +85°C

Batterie Nickel Métal Hydrure (NiMH) : Cette technologie est utilisée par exemple dans les équipements médicaux portables pour son aspect de sécurité intrinsèque. Un exemple est la batterie rechargeable référence 5035052 de Ansmann :

Référence : 5030992 (blister de 2 batteries)
Tension nominale : 1.2V
Tension de charge maximale : 1.5V
Capacité nominale: 2100mAh
Courant continu de décharge maximal : 5000mA
Courant de charge:
- Charge standard : 210mA
- Charge rapide : 600mA
- Charge très rapide: 2100mA
Self discharge : ≤ 20% après une année
Cycles de charges : > 500
Format : AA, Diamètre 14.4mm, hauteur 50.5mm
Masse : 28g
Gamme de température :
- Charge standard : 0 à +45°C
- Charge rapide : 10 à +40°C
- Décharge (<1C) : -20 à +65°C
- Décharge (≥1C) : 0 à +45°C

Batterie Lithium Fer Phosphate (LiFePO₄.) : Cette technologie est utilisée par exemple dans un système IoT externe avec recharge solaire pour sa sécurité, sa durée de vie longue et sa stabilité en température. Un exemple est la batterie au format 18650, référence ACL9011 de ENIX Energies :

Référence : 18650-1500mAh-3.2V
Tension nominale : 3.2V
Tension de charge : 3.65V
Tension minimale de décharge : 2.5V
Capacité nominale: 1550mAh
Courant continu de décharge maximal : 4500mA
Courant de pointe maximal : 10A
Courant de charge:
- Charge standard : 750mA
- Charge rapide : 1500mA
Self discharge : ≤ 20% après une année
Cycles de charges : > 2000
Format : 18650, Diamètre 18.2mm, hauteur 64.8mm
Masse : 42g
Gamme de température :
- Charge standard : 0 à +55°C
- Décharge : -20 à +60°C