Les batteries plomb-acide
De Arebor-Energie.
Catégorie:Les batteries stationnaires
Facile à trouver, à entretenir et disposant d’un bon circuit de recyclage, la batterie au plomb domine le marché des installations électriques autonomes. C’est le meilleur rapport qualité/prix, à court et à long terme. Ses seuls défauts sont le poids et le volume, mais elle reste le meilleur choix dans la majorité des cas.
Caractéristiques
Une batterie (aussi appelée accumulateur) au plomb est en réalité une mise en série de plusieurs éléments générant chacun une tension comprise entre 1,9V (déchargé) et 2,2V (chargé). Pour obtenir une batterie de 12 ou 24V, il faut donc mettre respectivement 6 ou 12 éléments en série. On ne peut pas voir ce branchement car les éléments sont protégés de l'extérieur par un bac. Il est possible de connaître l'état de charge d'une batterie en mesurant la tension à ses bornes. Lorsqu'elle est correctement chargée, sa tension est de 13,2V (6 x 2,2V), et on la considère déchargée quand la tension chute à 11,4V (6 x 1,9V). Un grand nombre de régulateurs fonctionnent sur ce principe.
L'énergie massique de la batterie plomb est une des plus faible (environ 30Wh/kg), ce qui veut dire que c'est une batterie qui pèse très lourd. Une batterie Li-ion (utilisée dans les appareils portables) atteint par exemple 150Wh/kg.
| Caractéristique | Plomb : | Ni-MH : | Ni-Cd : | Li-ion : |
|---|---|---|---|---|
| Énergie massique (en Wh/kg) | 25 à 35 | 40 à 70 | 40 à 60 | 150 à 200 |
| Rendement Énergétique (en %) | 70/75 | 75/80 | 80/90 | 99,9 |
| Durée de vie (en année) | 4 à 5 min | 2 à 3 | 2 à 4 | 7 |
| Nombre de cycle | 500 Ã 1200 | 1500 | 500 Ã 1000 | 1200 |
| Auto-décharge (en % par mois) | 5% | 20% | 30% | 10% |
Trois grandes familles de batteries au plomb existent sur le marché. Elles diffèrent principalement par la nature de leur électrolyte : liquide, AGM ou gélifiée. Les batteries à électrolyte liquide sont recommandées pour les installations qui ne possèdent pas un régulateur très performant, où qui subissent de fortes températures. Quand le courant de charge n'est pas suffisamment contrôlé ou qu'il fait trop chaud, il peut se produire un dégagement gazeux qui réduit le volume d'électrolyte. Dans une batterie étanche (AGM ou gélifiée), il est impossible de remettre à niveau cet électrolyte. La batterie perd donc une partie de sa capacité définitivement. En revanche, dans une batterie liquide, il suffit de rajouter de l'eau distillée.
Réactions chimiques qui se produisent aux électrodes
Borne négative (anode) : Pb + HSO4- = PbSO4 + 2e- + H+
plomb + acide sulfurique = sulfate de plomb + 2 électrons + ion hydrogène
Borne positive (cathode) :
PbO2 + HSO4- + 3H+ + 2e- = PbSO4 + 2H2O
dioxyde de plomb + acide sulfurique + 3 ions hydrogène + 2 électrons = sulfate de plomb + 2eau
Les électrodes de la batterie sont constitués de plomb (anode) et de dioxyde de plomb (cathode). Pendant la décharge, le plomb réagit avec l'acide (oxydation) pour former du sulfate de plomb et libérer des électrons. Ces électrons sont ensuite captés par la réaction qui a lieu à l'autre électrode, entre le dioxyde de plomb et l'acide (réduction). Il s'y forme également du sulfate de plomb et de l'eau.
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