Piles & accu NCA » la technologie nickel-cobalt-aluminium
Publié le : 10.10.2023 | Durée de lecture : 3 minutes
Outre la technologie LFP ou la technologie NMC, les accumulateurs dotés de la technologie NCA représentent un autre groupe important dans la grande famille des accumulateurs au lithium. L'abréviation NCA signifie nickel, cobalt et aluminium et décrit la composition ou les composés chimiques de l'électrode positive de l'accumulateur.
Comme une réduction a lieu sur l'électrode positive lors de la décharge, les spécialistes parlent également de cathode. Dans un accu NCA, on utilise donc des oxydes de lithium, de nickel, de cobalt et d'aluminium comme matériau de cathode.
Autre fait à noter : les accumulateurs NCA sont très proches des accumulateurs NMC 811. Ils ont la même structure de couche du matériau cathodique et un comportement électrochimique assez similaire.
C'est pourquoi les accus NMC et NCA sont souvent regroupés lorsqu'il s'agit de la sécurité de la composition chimique ou de la comparaison avec d'autres types d'accus au lithium, comme les accus LFP.
La structure d'un accumulateur NCA ou sa technologie correspond à celle d'un accumulateur lithium-ion traditionnel. Les pourcentages des composants cathodiques respectifs sont très similaires à ceux d'un accumulateur NMC 811. La seule différence est que l'aluminium est utilisé à la place du manganèse.
L'utilisation d'aluminium permet d'augmenter la stabilité des cycles et la sécurité. Cependant, les ions d'aluminium ne participent pas à la réduction ou à l'oxydation, ce qui réduit la capacité utilisable.
Tout comme pour les accus NMC, les développeurs tentent de réduire autant que possible les coûts élevés des accus NCA en n'utilisant le cobalt, relativement cher, qu'en quantités strictement nécessaires.
C'est pourquoi les oxydes de nickel-cobalt-aluminium d'un accu NCA riche en nickel sont composés d'environ 80% de nickel. Outre la réduction des coûts, le nickel permet également d'augmenter le niveau de tension et donc d'accroître la quantité d'énergie pouvant être stockée.
Nous avons décrit en détail le fonctionnement de base d'un accumulateur au lithium ainsi que les processus de charge et de décharge dans notre guide sur les accumulateurs au lithium.
Comme tous les accus utilisant la technologie lithium-ion, les accus NCA présentent à la fois des avantages et des inconvénients.
Avantages
Comparés aux accumulateurs NMC, les accumulateurs avec chimie NCA présentent une densité énergétique un peu plus élevée et un potentiel de performance encore meilleur. À cela s'ajoute le fait que les accus avec cathodes NCA disposent de très bonnes capacités de charge rapide. Ils sont donc prédestinés à un usage dans le domaine de la mobilité électrique.
Inconvénients
Comme pour les accumulateurs NMC 811, la teneur en nickel des cellules NCA est très élevée (environ 80%). La stabilité thermique en souffre. La rupture thermique ou l'auto-inflammation soudaine, qui ne se produit normalement qu'à des températures élevées (env. 180 °C), peut déjà se produire à 65 °C en cas de surcharge.
En raison des performances élevées déjà mentionnées, les batteries aux oxydes de nickel-cobalt-aluminium sont très populaires dans l'industrie automobile.
Le constructeur américain Tesla, en particulier, utilise pour ses véhicules non seulement des cellules NMC et LFP, mais aussi des accumulateurs de propulsion avec la technologie NCA.
Le fait que la résistance au cyclage (voir paragraphe suivant) des accumulateurs NCA ne soit pas aussi élevée que celle des accumulateurs NMC, par exemple, n'a pas beaucoup d'importance.
C'est plutôt la densité énergétique élevée qui explique que cette cellule soit relativement utilisée actuellement.
Les fabricants de batteries et de véhicules électriques n'indiquent pas toujours les cycles de charge possibles sur leurs produits. Cela se fait en partie pour de bonnes raisons. En effet, s'il n'est pas fait usage de valeurs fantaisistes exagérées, l'observation des chiffres réels pourrait rapidement laisser songeur. En effet, contrairement aux batteries dotées de la technologie NMC, pour lesquelles les fabricants indiquent un nombre de cycles d'environ 2000, les batteries dotées de la technologie NCA ne peuvent effectuer que 1000 cycles.
Mais si l'on part du principe qu'une voiture électrique peut parcourir environ 300 km avec une batterie chargée, cela représenterait, pour 1000 cycles, la bagatelle de 300'000 km. Un kilométrage que bien des véhicules à moteur à combustion n'atteignent pas.
Or, il se trouve que la batterie n'est pas complètement vidée à chaque trajet. Lors de courts trajets, seul un faible pourcentage de la capacité est souvent prélevé. Si la batterie est ensuite rechargée, ce n'est pas un cycle complet.
Pour conserver durablement les performances d'une batterie de voiture électrique et ne pas accélérer inutilement le processus de vieillissement, il faut absolument suivre les conseils d'entretien de la batterie que chaque constructeur automobile donne à ses clients.
Conseil pratique : Résistance au cyclage des batteries de démarrage
Une batterie de voiture classique dans un véhicule à combustion effectue en moyenne environ 120 cycles lorsqu'elle est complètement déchargée. Pour la tâche principale, à savoir l'alimentation électrique du démarreur lors du démarrage du moteur, des courants élevés sont certes nécessaires, mais ils ne représentent qu'une fraction de la valeur de la capacité de la batterie en raison de la courte durée. Lorsque le moteur tourne, la batterie de la voiture est immédiatement rechargée à fond. Comme le processus de démarrage ne constitue pas un cycle dans ce cas, une batterie en bon état permet d'effectuer plusieurs milliers de démarrages avec succès sur une longue période.