Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται επισκόπηση των βασικών τεχνολογιών επαναφορτιζόμενων και μη μπαταριών και στη συνέχεια μέσω της τεχνολογίας ενσωματωμένων συστημάτων παρουσιάζεται η υλοποίηση με λογισμικό πάνω σε έναν μικροελεγκτή ARM7 της Analog Devices, ενός φορτιστή μπαταριών τύπου NiMH. / In the following diploma thesis appears an overview of basic technologies of the rechargeable and non rechargeable batteries and then through technology of embedded systems shows the implementation with software on a microcontroller ARM7 of Analog Devices, of a NiMH battery charger.

Les accumulateurs nickel-hydrure métallique (NiMH) dominent actuellement le marché du stockage de l’énergie pour les véhicules hybrides. On estime à 1 milliard, le nombre de batteries NiMH produites chaque année. En fin de vie, le taux de recyclage de ces déchets électroniques reste faible, bien que la technologie NiMH contienne des quantités importantes de métaux onéreux et stratégiques. Deux grandes familles d’éléments chimiques coexistent sous forme de composés intermétalliques dans l’électrode négative: les métaux de transitions (TM) (Ni, Co, Mn et Fe) ainsi que les terres rares (REE) (La, Ce, Nd et Pr). Parmi les TM, le cobalt présente une criticité accrue. En effet, les minerais issus de réserves naturelles ne permettront pas de couvrir la demande croissante en cobalt liés au développement des technologies émergentes. Les REE produits à plus de 97 % en Chine sont au cœur des préoccupations de l’Union Européenne qui depuis 2010 pointe du doigt des techniques d’extractions dévastatrices pour l’environnement. C’est dans le but de répondre aux problématiques économiques et environnementales que le projet a été construit en associant l’entreprise de recyclage de batteries Recupyl® au laboratoire académique LEPMI grâce au financement du Labex CEMAM. L’objectif de ce travail est de proposer un procédé avec un faible impact environnemental pour le recyclage des métaux à partir de véritables accumulateurs NiMH. Pour cela, le remplacement de solvants volatiles organiques par des liquides ioniques, plus respectueux des principes de la ‘chimie verte’ sera étudié. En s’appuyant sur des procédés innovants d’extraction liquide-liquide et de récupération des éléments par hydrométallurgie et par électrochimie nous proposons une voie de valorisation des métaux présents dans ces batteries. / Nickel-metal hydride (NiMH) batteries are currently dominating the market of energy storage in hybrid electric vehicles. 1 billion cells are estimated to be produced each year. In their end-of-life, these electronical wastes exhibit low recycling rates, despite the fact that NiMH batteries contain high amounts of valuable and strategic metals. Two main metal families coexist as an intermetallic compound in negative electrodes: transition metals (TM) (Ni, Co, Mn and Fe) and rare earth elements (REE) (La, Ce, Nd and Pr). Among TM, cobalt exhibits the highest criticality rate. Indeed, natural ores will not cover the increasing cobalt demand linked to emerging technologies. REE produced at more than 97 % in China are at the centre of European Union’s preoccupations. To tackle economic and environmental issues, this project, supported by the labex CEMAM is a partnership between the company Recupyl® and the academic laboratory LEPMI. It aims at investigating on low environmental impact routes for the recycling of metals present in real spent NiMH batteries. This requires the replacement of volatile organic compounds by ionic liquids, respecting the principles of ‘green chemistry’. Based on innovative extraction and recovery processes of elements by hydrometallurgy and electrochemistry, we propose a flowsheet for the valorisation of metals from those batteries.

The aim of the project was to develop a method to measure and studythe degree of activation of the negative electrode (MH) in a NiMH battery.This was done by characterization of the gases produced during charge of a battery – O2 and H2 – using a Gas Chromatograph. The current applied in the very first charge of the battery was varied in order to examine how this affects the gas evolution. In the developed method, batteries were charged to 8Ah with 9A, after which a gas sample was taken and analyzed with Gas Chromatography. An additional goal was to use the method to examine the difference in activation between virgin and recycled negative electrode material. A module charged stepwise with 0.07C followed by 0.2C had the lowest share of H2 after two cycles, indicated best activation. However, a higher amount of H2 in the beginning of the activation process could possibly enhance the degree of activation during the following cycles. The method indicated that the module with recycled MH was better activated than the virgin MH. To improve the technique, repeated measurements to get better statistics should be done. Gas samples should be taken at dV/dt=0 in order to take samples at same SoC. The charge current should be adjusted so that the same C rate is always used. This would make the results easier to interpret.