Piles et accumulateurs

18 août 2020

⇨ Les piles et les accumulateurs sont des convertisseurs électrochimiques qui permettent de transformer l'énergie chimique en énergie électrique. La transformation chimique des réactifs est modélisée par une réaction d'oxydo-réduction, c'est-à-dire une réaction durant laquelle il y a un transfert d'électrons entre les réactifs.

⇨ Ils contiennent des espèces polluantes et toxiques que le recyclage permet de valoriser tout en protégeant l'environnement.

I - La pile

Une pile en fonctionnement consomme ses réactifs jusqu'à leur épuisement. Les piles ont donc une durée de vie limitée, liée à la quantité de réactifs chimiques présents à l'intérieur.

⇨ électrode ; oxydation ; anode ; borne négative ; réduction ; cathode ; borne positive ; pont salin ; cations ; anions ; électrons ; courant électrique.

[l'aspect chimique sera traité dans un chapitre du domaine Matière et matériau. Ici :

déplacement des porteurs de charge (électron dans le circuit électrique, ions (anions et cations) dans la solution l'électrolyte (solution aqueuse) ; sens du courant électrique, borne positive, borne négative.
constitution d'une pile : électrolyte ; électrode (anode = oxydation = perte d'électrons, cathode = réduction = gain d'électrons) ; pont salin]

II - L'accumulateur

Les accumulateurs mettent en jeu des réactions chimiques réversibles, c'est-à-dire qui fonctionnement dans les deux sens. Lors de la décharge, il transforme spontanément l'énergie chimique en énergie électrique. Lors de la charge, le générateur extérieur force les électrons à circuler afin de reformer les réactifs et donc de transformer l'énergie électrique en énergie chimique. Un accumulateur, contrairement à une pile, a la capacité de reformer ses réactifs lorsqu'on le recharge en électricité.

III - La pile à combustible

Lors de son fonctionnement une pile à combustible doit en permanence être alimentée en réactifs. Son principe repose sur l'oxydation d'un combustible et la réduction d'un comburant. Une pile à hydrogène, par exemple, produit simultanément de l'eau, de l'énergie électrique et de la chaleur.

IV - Caractéristiques électriques

⇨ La tension nominale, U_nom, d'une batterie ou d'une pile, exprimée en volts (V), est sa tension normale de fonctionnement.

⇨ La quantité d'électricité ou capacité d'une pile :

Q = I×Δt = n_e×F

avec F = N_A×e = 96,5×10³ C.mol^-1.

1 Ah = 3600 C.

⇨ L'énergie disponible :

E = Q×U_nom

1 Wh = 3600 J.

⇨ La densité énergétique (de masse ou de volume). Elle s'exprime en Wh.kg^-1 ou en Wh.L^-1.

[en complément...

⇨ YouTube Mais pourquoi nos batteries s'usent-elles avec le temps ?]