Une cellule NiMH scellée est un petit réservoir sous pression, et sa pression interne est la mesure physique la plus directe pour savoir si la charge est maîtrisée. Le courant que les électrodes ne peuvent stocker devient gaz ; le gaz que la boucle de recombinaison ne peut consommer s'accumule ; et la pression accumulée finit par ouvrir la soupape de sécurité, avec perte d'électrolyte et modification permanente de la cellule. La pression n'est donc pas seulement une variable de sécurité – c'est le plafond dur qui détermine à quelle vitesse une cellule donnée peut être chargée. En s'appuyant sur des mesures instrumentées de cellules de traction et sur la littérature de sécurité des cellules scellées, cet article suit la trajectoire de pression au fil d'une charge, sépare les contributions de l'hydrogène et de l'oxygène, et montre comment une approche sensible à la pression fixe le cadre de courant que les terminaisons fondées sur la tension et la température ne font qu'approcher.
Deux gaz peuvent apparaître. L'oxygène est produit au positif une fois le Ni(OH)2 oxydable épuisé, comme exposé dans l'article 1 ; l'hydrogène serait produit au négatif s'il était poussé au-delà de sa capacité de stockage en hydrure, raison pour laquelle le négatif est justement construit surdimensionné. Dans une cellule correctement conçue et modérément surchargée l'oxygène domine et l'hydrogène est normalement absent ; un dégagement d'hydrogène signale soit une cellule grossièrement surchargée, soit un négatif âgé dont la capacité catalytique de stockage a décliné.
L'oxygène étant attendu, la cellule est conçue pour le consommer : l'oxygène traverse le séparateur asséché et se recombine sur la surface d'hydrure. La pression interne reflète à tout moment le déséquilibre entre le taux de production du gaz et le taux auquel cette recombinaison le consomme – un équilibre dynamique plutôt qu'une valeur statique.
Pendant la charge de masse, peu de gaz est produit et la pression reste proche de l'ambiante. Après le démarrage de l'oxygène – près de 70 pour cent d'état de charge dans les mesures de traction rapportées – la pression commence à monter ; si le courant reste dans la capacité de recombinaison elle s'établit vers un modeste état stationnaire, mais si le courant dépasse cette capacité elle grimpe progressivement, en s'accentuant quand température et production se nourrissent l'une l'autre. À 1C, des études identifient une contribution supplémentaire de recombinaison d'hydrogène dans le stade final associée à l'événement -ΔV, montrant que la courbe de pression porte l'information sur les deux gaz.
Une charge contrôlée à C/2 d'un module de traction, avec une pression plafonnée près de 6,8 atmosphères (environ 100 psi), a tout de même atteint 93 pour cent d'état de charge à haut rendement – preuve empirique qu'une stratégie explicitement limitée en pression peut charger à la fois vite et presque pleinement en reculant chaque fois que l'équilibre gazeux se tend.
Les cellules scellées portent une soupape de sécurité refermable ou unidirectionnelle accordée pour s'ouvrir à une pression de conception, couramment citée autour de 10 atmosphères pour les petites cellules, avant que le boîtier ne soit mécaniquement menacé. La mise à l'air libère le mélange gazeux mais éjecte aussi un brouillard d'électrolyte alcalin et de la vapeur d'eau ; l'électrolyte perdu ne peut être remplacé, la résistance interne augmente, les voies de recombinaison s'assèchent et la cellule entre dans un déclin accéléré. Un seul événement de soupape peut retirer une fraction notable de la durée de vie en cycles.
Cela fait de la pression la véritable frontière de défaillance : tension et température sont de commodes indicateurs externes, mais le mécanisme qui endommage réellement une cellule gravement surchargée est la perte d'électrolyte mue par la pression et, dans le pire des cas, la rupture. La conception de la terminaison se comprend mieux comme une tentative de maintenir la courbe de pression invisible sous le seuil de soupape en n'utilisant que les signaux disponibles hors du boîtier.
La recombinaison est limitée par le transport et possède un courant maximal fixé par la surface des électrodes, la perméabilité gazeuse du séparateur, la catalyse de l'alliage et la température. Tout courant de charge au-dessus de cette limite dans la zone de fin de charge accumule du gaz presque linéairement avec le temps, si bien que le courant sûr de charge rapide n'est pas arbitraire : c'est le courant dont le taux de production d'oxygène en fin de charge peut être recombiné par la cellule tout en évacuant la chaleur résultante. Doubler le courant de charge ne double pas le taux admissible de traitement du gaz, raison pour laquelle 1C est bien plus exigeant que C/2 plutôt que deux fois plus rapide seulement.
Les cellules de haute capacité à électrodes plus épaisses sont particulièrement contraintes : elles stockent plus d'énergie mais offrent relativement moins de surface de recombinaison et de plus longs trajets de diffusion du gaz, si bien qu'une AA de classe 2800 tolère souvent moins bien une charge rapide agressive qu'une cellule longue durée de classe 2000 – un autre visage du compromis capacité-rétention cyclique.
Les cellules grand public portent rarement des capteurs de pression, les chargeurs déduisent donc le régime gazeux de ses corrélats : le pic de tension et le -ΔV produits quand l'échauffement de recombinaison dépasse les potentiels d'électrode ; le taux de montée en température dT/dt, qui grimpe fortement quand la recombinaison devient le puits dominant du courant ; et la température absolue comme ultime filet. Les conceptions au niveau pack et traction peuvent ajouter des transducteurs de pression directs ou modéliser la pression à partir du courant, de la tension et de la température, permettant le type de commande explicite à couvercle de pression démontré dans l'étude de traction.
La première figure animée montre la construction par étapes de la charge de masse au démarrage de l'oxygène jusqu'à un plateau limité par la recombinaison, et la seconde décompose l'équilibre gazeux en un empilement production/consommation, rendant visible pourquoi un chargeur qui ne surveille que la tension peut manquer un problème de pression quand la cellule est chaude et que le -ΔV disparaît.
Une spécification défendable de charge rapide associe une caractérisation de cellule – état de charge au démarrage de l'oxygène, courant limité par recombinaison en fonction de la température et marge de soupape – à un profil de charge qui réduit le courant à l'entrée de la bande à haut SOC et traite un dT/dt rapide comme la preuve que la production de gaz devance la consommation. Les conceptions prudentes maintiennent la pression stationnaire de recombinaison bien en dessous du seuil de soupape plutôt que juste en dessous, laissant une marge pour la variation de lot, le vieillissement et le refroidissement obstrué.
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