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L'accumulateur électrique

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Accumulateur électrique lithium, plomb
Les accumulateurs

  • Les accumulateurs, ou générateurs secondaires, sont rechargeables : ils peuvent reconstituer le composé chimique si on leur apporte de l'énergie électrique extérieure, avec un courant de sens opposé au courant de charge. Ce sont des générateurs électrochimiques. Ils sont constitués d'un électrolyte dans lequel baigne deux électrodes : une électrode positive ( anode ) et une électrode négative ( cathode ).
  • L'électrolyte est un conducteur ionique. Sur la cathode, un oxydant est réduit en captant des électrons ; sur l'anode, un réducteur est oxydé en libérant des électrons. Si l'on relie les électrodes par un conducteur, comme un fil électrique, il y passe un courant électrique.
Accumulateurs au plomb
  • Inventé en 1859 par le physicien français Gaston Planté, l'accumulateur emmagasine de l'énergie qu'il restitue selon les besoins. Il peut être rechargé lorsque l'on inverse la réaction chimique ; c'est ce qui le différencie des piles électriques.
  • L'accumulateur découvert par Planté était un accumulateur au plomb, ou batterie au plomb, toujours très utilisé aujourd'hui. Il est constitué d'un empilage d'électrodes positives, de séparateurs et d'électrodes négatives placés dans un bac couvert. Il peut délivrer un courant électrique intense (de 100 à 500 A), mais se décharge rapidement. L'électrolyte est une solution diluée d'acide sulfurique, l'électrode négative est une plaque remplie de plomb « spongieux » ; l'électrode positive est une plaque contenant une pâte d'oxyde de plomb. Les séparateurs sont des feuilles rectangulaires, placées entre les plaques positives et les plaques négatives. Elles doivent, entre autres :
  • présenter une bonne tenue à l'acide sulfurique.
   1) être constituées d'un isolant parfait.
   2) avoir une porosité élevée.
   3) avoir une grande perméabilité aux ions porteurs du courant.

  • En fonctionnement, l'électrode négative au plomb produit des électrons libres et des cations ( ions positifs ) de plomb. Les électrons parcourent le circuit électrique extérieur et les cations de plomb se combinent avec les anions ( ions négatifs ) sulfates dans l'électrolyte, pour former le sulfate de plomb. Lorsque les électrons retournent dans la cellule par l'électrode positive, une nouvelle réaction a lieu. L'oxyde de plomb se combine avec les ions hydrogène dans l'électrolyte et avec les électrons pénétrant dans la cellule pour former de l'eau et libère des cations de plomb dans l'électrolyte pour former du sulfate de plomb.
  • Une batterie au plomb se décharge lorsque l'acide sulfurique se transforme progressivement dans l'eau et que les électrodes se transforment en sulfate de plomb. Lorsque la cellule est rechargée, les réactions chimiques décrites précédemment s'inversent jusqu'à ce que les produits chimiques aient retrouvé leur état originel. Une batterie au plomb a une durée de vie utile d'environ quatre ans. La capacité de l'accumulateur est le produit de l'intensité de décharge par la durée de fonctionnement ; elle s'exprime en Ah et correspond à la quantité d'électricité que le dispositif peut restituer. On définit également la capacité massique de l'accumulateur : c'est la capacité de l'accumulateur par kilogramme de réactif chimique utilisé. Les batteries au plomb les plus performantes fournissent environ 30 Ah/kg, et de 40 à 45 Wh/kg, lors d'une décharge totale durant cinq heures. Aux basses températures (inférieures à - 18 °C), la capacité d'un accumulateur diminue.
Accumulateurs alcalins au nickel-cadmium / Accumulateurs alcalins au nickel-fer
  • Ils résultent des travaux de l'Américain Thomas Edison et de différents scientifiques français dans les années 1900. Le principe de fonctionnement de ces accumulateurs est analogue à celui de la batterie au plomb. Les seules différences : les électrodes sont des plaques d'hydrate de nickel et de cadmium, ou d'hydrate de nickel et de fer ; l'électrolyte est une solution d'hydroxyde de potassium ( potasse ), qui sert uniquement à assurer le transfert des ions.    La tension aux bornes de ces accumulateurs est de 1,25 V. Ils débitent des courants de grande intensité, mais ont une durée de vie assez courte.
Accumulateurs alcalins à l'argent-zinc
  • Ils ont été mis au point en 1941, par H. André. L'électrolyte est une solution de potasse dans laquelle plongent l'électrode positive, essentiellement en oxyde d'argent, et une électrode négative à base de zinc. Aux bornes de ces accumulateurs, on mesure une tension de 1,5 V. Ils ont une énergie massique de 120 Wh/kg, soit 3 fois celle des accumulateurs précédents. Cependant, en raison de leur coût élevé, on les utilise pour des applications spécifiques.

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