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Chimie des batteries au plomb

1859
  • Gaston Planté
Batterie plomb-acide avec anode en plomb et cathode en dioxyde de plomb dans un laboratoire historique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La première batterie rechargeable à succès commercial. Elle utilise une anode en plomb (Pb), une cathode en dioxyde de plomb (PbO₂) et un électrolyte à base d'acide sulfurique (H₂SO₄). Lors de la décharge, les deux électrodes sont converties en sulfate de plomb (PbSO₄), ce qui consomme l'acide sulfurique. Ce processus est chimiquement réversible par application d'un courant externe, ce qui en fait un système de stockage d'énergie pratique et robuste.

Le plomb-acide Le fonctionnement de la batterie repose sur une réaction de double sulfate réversible. À l'état complètement chargé, l'électrode négative est en plomb pur et spongieux (Pb), et l'électrode positive en dioxyde de plomb (PbO₂). Les deux sont immergées dans un électrolyte composé d'environ 37 % d'acide sulfurique (H₂SO₄) dans l'eau.

During discharge, the following half-reactions occur. At the anode: [latex]Pb(s) + HSO_4^-(aq) \rightarrow PbSO_4(s) + H^+(aq) + 2e^-[/latex]. At the cathode: [latex]PbO_2(s) + HSO_4^-(aq) + 3H^+(aq) + 2e^- \rightarrow PbSO_4(s) + 2H_2O(l)[/latex]. In both reactions, the active material is converted to lead sulfate, and sulfuric acid is consumed while water is produced. This consumption of sulfuric acid causes the specific gravity (density) of the electrolyte to decrease, providing a simple and effective way to estimate the battery’s state of charge using a hydrometer.

Pour recharger la batterie, une tension externe est appliquée, ce qui inverse le sens des réactions. Le sulfate de plomb présent sur la plaque négative est reconverti en plomb, et celui présent sur la plaque positive est reconverti en dioxyde de plomb. L'eau est consommée et l'acide sulfurique est régénéré, ce qui augmente la densité de l'électrolyte. Malgré son faible rapport énergie/poids et les risques environnementaux liés au plomb, le faible coût, la fiabilité et la capacité de cette technologie à fournir des courants de pointe élevés ont assuré son utilisation généralisée, notamment dans le secteur automobile.

UNESCO Nomenclature: 2203
- Électrochimie

Taper

Procédé chimique

Perturbation

Révolutionnaire

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Discovery of électrolyse and the reversibility of some chemical reactions
  • Cellule Daniell et autres piles galvaniques non rechargeables
  • Développement de générateurs dynamo capables de fournir un courant continu pour la recharge
  • Techniques de fabrication améliorées pour les plaques de plomb

Applications

  • batteries de démarrage, d'éclairage et d'allumage automobiles (SLI)
  • alimentations sans interruption (UPS) pour centres de données et hôpitaux
  • systèmes d'éclairage de secours
  • systèmes d'alimentation hors réseau pour maisons isolées
  • propulsion pour chariots élévateurs et voiturettes de golf

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • batteries hybrides plomb-carbone à ultracondensateurs pour une durée de vie et une acceptation de charge améliorées dans les véhicules micro-hybrides
  • boucle fermée recycling processes that recover lead with near 100% efficiency using green solvents
  • lead-acid batteries with gelled electrolyte containing nano-additives for enhanced performance in extreme temperatures
  • batteries plomb-acide bipolaires à résistance interne réduite pour applications haute puissance
  • systèmes de gestion de batterie intelligents spécifiquement pour le plomb-acide pour éviter la sulfatation et prolonger la durée de vie
  • batteries à flux plomb-acide pour un stockage réseau à grande échelle et à faible coût
  • électrodes en plomb légères à base de mousse pour améliorer la densité énergétique
  • additifs auto-réparateurs dans l'électrolyte qui réparent les micro-dommages sur les plaques
Lié à : plomb-acide, batterie rechargeable, SLI, acide sulfurique, dioxyde de plomb, anode, cathode, gaston planté.

Contexte historique

Chimie des batteries au plomb

1850
1851
1852
1859
1860
1861
1865
1850
1850
1851
1854
1859
1861
1865
1868

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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