Le Petit Chimiste : Principe de fonctionnement d'une batterie au plomb.

Extrait d'un document trouvé sur le Net.
Bonne lecture

L'accumulateur au plomb est constitué des 2 couples électrochimiques : PbSO4/Pb et PbO2/PbSO4 permettant un échange d’électrons à la surface des électrodes. (production d'un courant électrique)
(SO4 = sulfate, Pb02 = oxyde de Plomb, PbSO4 = sulfate de plomb).

Les plaques en alliages de plomb servent de collecteur d’électrons et de support pour la matière active.
Avant utilisation de la batterie, il est donc nécessaire de former la matière active par empâtage puis mûrissage.
Ensuite, la matière active proprement dite (PbO2 et Pb) est produite électrochimiquement à l’électrode positive et négative(respectivement).

Au cours de la décharge, les réactions réversibles suivantes sont mises en jeu :

Electrode positive :
PbO2 + HSO4- + 3 H+ + 2e- ------> PbSO4 + 2 H2O (Équation 1)

Electrode négative :
Pb + HSO4- --------> PbSO4 + 2e- + H+ (Équation 2)

La réaction globale est appelée réaction de double sulfatation:
PbO2 + Pb + 2 HSO4- + 2 H+ --------> 2 PbSO4 + 2 H2O (Équation 3)

Comme E°PbO2/PbSO4 = 1,685V et E°Pb/PbSO4 = 0,356V, la force motrice d’un élément de batterie acide est de l’ordre de 2V.

Lors des opérations de charge, les réactions sont inversées : le dioxyde de plomb et le plomb spongieux sont produits respectivement à
l’électrode positive et négative à partir du sulfate de plomb.
Lorsque l’état de charge de la batterie est maintenu, ou si le courant de charge est trop élevé, on se trouve dans le régime dit de surcharge.
Cet état conduit à l’électrolyse de l’eau, c'est à dire à la production de dioxygène (02) à l’électrode positive et de dihydrogène (H2) à l’électrode
négative. (la batterie "bout")
Dans ce cas, la grille se corrode.

Lorsque la batterie est laissée au repos, on assiste au phénomène d’autodécharge.
En effet, comme l’indique le diagramme de Pourbaix du plomb dans l’acide sulfurique, le plomb et le dioxyde de plomb ne sont pas stables aux potentiels considérés.

Les réactions de décharge de l’accumulateur et d’électrolyse de l’eau ont donc lieu simultanément aux
électrodes :
à l’électrode positive :
PbO2 + H2SO4 --------> PbSO4 + ½ O2(gaz) + H2O (Équation 4)
à l’électrode négative:
Pb + H2SO4 ---------> PbSO4 + H2(gaz) (Équation 5)

Ces réactions consomment l’électrolyte, ce qui est préjudiciable à la conservation des propriétés de l’accumulateur.
Néanmoins, la forte surtension de l’électrolyse de l’eau sur les alliages de plomb ne permet pas d’atteindre une cinétique de décomposition de l’électrolyte significative.

Corrosion en milieu sulfurique
En milieu acide sulfurique, lorsque l’équilibre thermodynamique est atteint, seuls PbO, PbSO4 et ßPbO2 peuvent exister.
Les potentiels des électrodes de plomb lors des opérations de charge et de décharge varient entre les potentiels d’équilibre de Pb/PbSO4 et
PbO2/PbSO4.
Néanmoins, les produits de corrosion observés ne sont pas toujours compatibles avec le diagramme de Pourbaix(notamment PbO et aPbO2).
Ceci est expliqué par le fait que PbSO4 est semi-perméable.
Ainsi, les ions sulfates ne peuvent migrer tandis que le déplacement des ions oxoniums lors de la charge basifie le milieu, permettant la formation de PbO :
Pb2+ + 2 OH- ---------> PbO + H2O (Équation 6)

Lors de la décharge, les cations H+ sont consommés par le dioxyde de plomb pour former le monoxyde de plomb :
PbO2 + 2 H+ + 2 e- ----------> PbO + H2O (Équation 7)

Ces conditions locales de pH favorisent également la formation de aPbO2 sous la couche de sulfate lorsque le potentiel augmente.
La forme beta devient de nouveau majoritaire avec la disparition de la couche de sulfate semi-perméable, acidifiant le milieu.
Une étude récente au laboratoire a montré que l’augmentation de la teneur en étain (jusqu’à 2%mass) réduit considérablement la vitesse de corrosion et inhibe la formation de PbO lors de la décharge profonde de la batterie, et ceci d‘autant plus qu’un traitement thermique stabilisant l’alliage au stade vieilli est appliqué.
Cet effet sur la corrosion est dû à l’augmentation de la surtension de dégagement d’oxygène.

Tiens question,

j'ai remplacé ma batterie sur ma cx essence. L'ancienne n'est pas en cours jus. Mais elle met super longtemps à recharger. Il est possible faire qqch pour la sauver?

tu la vides, tu la remplis de vinaigre blanc, tu la revides et la rince et tu mets de l'acide sulfurique neuf.

tu laisses tagner le vinaigre blanc combien de temps dedans? Ou acheter l'acide?

Je n'y connais pas grand chose en batteries...

Mais je sais que certains chargeurs (ou certains régulateurs de charge) ont des "procédures" pour raviver les batteries.

C'est par exemple le cas du régulateur "intelligent" de mon système électrique photovoltaïque : une fois par mois, pendant quelques heures, le régulateur fait une séquence de surcharges, c'est à dire qu'il laisse monter la tension au delà de 14 volts qui est son seuil de régulation normal, puis coupe, puis reprend, etc...

Je le vois faire en observant l'ampèremètre sur le circuit de charge, et c'est expliqué dans la doc.

Tu as aussi des chargeurs qualifiés de "régénérateurs de batteries" qui utilisent des fréquences pour "décrasser" les plaques. Je n'en sais pas plus.

Pour en revenir à ta batterie, si elle est très longue à charger c'est probablement que sa résistance interne est élevée, ce qui limite le courant de charge. Ca peut être du à la dégradation des plaques, ce qui n'est pas réversible.

le sulfate qui provoque ça effectivement
les chargeurs dits "intelligents" font ces séquences de surtension pour détruire le sulfate vu le nombre d'autos que tu as tu y gagnerais d'en acheter un Phoz, ça ne serat pas une dépense inutile, ça doit couter le prix d'une batterie maintenant, donc vite rentabilisé.

phoz182 a écrit:

Ou acheter l'acide?

interdit à la vente
une goutte de sulfurique sur la peau, ça fait un trou et celà ne se reconstitue pas

Pour ce qui concerne la dégradation des batteries, trouvé ici : http://www.batterie-solaire.com/PBCPPlayer.asp?ID=463386

Mécanismes de dégradation des batteries Plomb Acide

1 Corrosion des électrodes

Les électrodes, surtout positives, sont sensibles à la corrosion : le plomb de la grille se transforme en dioxyde de plomb PbO2. La vitesse de corrosion augmente avec la concentration en acide sulfurique, la température et quand la batterie vieillit.

La corrosion provoque un gonflement des électrodes positives car le dioxyde de plomb est 37% plus volumineux que le plomb. Ceci induit des contraintes mécaniques qui déforment les électrodes et fragilisent la liaison entre la grille et les matériaux actifs : la capacité de la batterie diminue alors car la résistance interne augmente.

Si la corrosion devient trop importante, les matériaux actifs tombent peu à peu au fond des accumulateurs, et l'ensemble des électrodes se désagrège. L'ensemble de ces débris peut alors créer des courts-circuits. Ainsi, dans certaines batteries, les séparateurs enveloppent les électrodes afin d'éviter l'accumulation de débris au fond des accumulateurs.

2 Sulfatation

Durant la décharge, des cristaux de sulfate de plomb (PbSO4) se forment sur les électrodes positives et négatives. Si la batterie reste longtemps déchargée, ces cristaux de sulfate de plomb grossissent et coalescent. Ils peuvent alors déformer les électrodes et provoqués des courts-circuits en perforant les séparateurs.

Si la batterie reste déchargée trop longtemps, la transformation des matériaux actifs (Pb et PbO2) en sulfate peut devenir irreversible, ce qui réduit la capacité effective de la batterie. De plus, les sulfates augmentent la résistance interne des batteries car ils ne sont pas de bons conducteurs électriques.

L'occurence de la sulfatation dépend :

- du taux de décharge
- du temps de maintien de la batterie sous un taux de décharge donné. L'influence de ces deux derniers paramètres est représentée sur le diagramme suivant.
- du type de batterie plomb/acide, en particulier des alliages de plomb utilisés.

3 Stratification de l'électrolyte

La stratification de l'électrolyte est un problème propre aux batteries ouvertes (électrolyte liquide) : la stratification est généralement provoquée par un état prolongée de sous charge ou par des surcharges qui ne sont pas assez fréquentes car la surcharge créée des bulles d'oxygène et d'hydrogène qui permettent d'agiter l'électrolyte.

Un des objectifs des charges d'égalisation est de lutter contre les effets néfastes de la stratification en créant ce bouillonnement gazeux qui agite l'électrolyte et uniformise sa concentration.

4 Effet de la température

- Influence de la température sur la duré de vie des batteries

La température a des effets importants sur la durée de vie des batteries au plomb. Quand la température augmente de 10°C, la vitesse des réactions électrochimiques double : la durée de vie moyenne des batteries diminue d'un facteur 2 à chaque augmentation de 10°C car la corrosion est accélérée.

Quand la température baisse, la durée de vie des batteries augmente, mais leur capacité diminue.

- Emballement thermique ( Thermal runaway)

Si une batterie opère sous une température ambiante élevée alors qu'elle est en surcharge, la quantité de chaleur produit lors d'un dégazage intensif peut dépasser la quantité de chaleur qui s'échappe de la batterie. La température de la batterie s'élève alors, ce qui accélère encore la vitesse des réactions chimiques exothermiques : c'est l'emballement thermique et la batterie sera perdue.

Pour éviter les problèmes de température, les batteries doivent être placées dans un bâtiment thermiquement isolé ou doivent être associées à des radiateurs thermiques (dissipation de chaleurs).

salut ,
en fait ce n'est pas de l'acide "pur" , qu'on balance dedans ...

j'ai acheté une batterie vide sur ebay , et suis allé chercher chez norauto , ou feu vert , une solution de 31/38 % , spécialement prévu à cet effet , en gros 1.50 euro/ litre , il me semble ...

@+ Philippe

salut Philippe! content de te voir par ici faut qu'on boive un pot un de ces 4 , j'ai deux projecteurs LP pour toi

ouaip , j'ai pô oublié

c'est quand tu veux

du reste , me semble que tu voulais récuperer de la ferraille , au fond du garage , c'est toujours à la même place

@+ Philippe

metal maniac a écrit:

interdit à la vente
une goutte de sulfurique sur la peau, ça fait un trou et celà ne se reconstitue pas

A vérifier Joël, car moi aussi j'ai acheté une batterie sur eBay pour la 1100, livrée sèche, et j'ai acheté l'électrolyte localement.

L'électrolyte pique la peau, mais n'y fait pas de trou si tu rinces à l'eau courante.

de toute façon l'électrolyte c'est de l'acide sulfurique dilué entre 0 et 30%, non?

@ Philippe : je te contacte quand j'ai un moment

Mathieu Viollet a écrit:

de toute façon l'électrolyte c'est de l'acide sulfurique dilué entre 0 et 30%, non?

Yes, acide dilué (30-38% ?), ce n'est donc pas de l'acide sulfurique pur, qui est peut-être interdit à la vente, je ne sais pas.

oui, c'est du dilué
le pur, c'est classé seveso, donc dur à trouver, heureusement