Les accumulateurs électriques

Les accumulateurs électriques :
Accumulateurs Ni-CD et effets mémoire
Intro :
Nous utilisons de nombreux appareils portables (téléphones, baladeurs …) qui
nécessitent des piles ou batteries et dont l’usage s’est largement répandu. Il en existe 3
générations : Ni-Cd, Ni-Mh (Nickel Métal Hydrure) et Lithium. Nous allons étudier la
première génération, et ce que l’on appelle effets mémoire.
I Présentation des accumulateurs Ni-Cd
(Transparent d’une pile Ni-Cd)
Electrode positive : Nickel
Electrode négative : Cadmium
Electrolyte : KOH
Réaction rédox
Ces réactifs/produits sont tous solides et très peu solubles dans l’électrolyte (-> pas de
pertes de réactifs -> tension reste constante lors de la décharge)
Une pile de ce type présente une tension de 1.20 V environ et peut supporter 500 cycles
charge/décharge si elle est bien entretenue.
II Les effets mémoire
II.1) Le véritable effet mémoire
Ce "véritable effet mémoire" a été observé par la NASA sur les premiers satellites
géostationnaires. Les batteries des satellites sont rechargées par les panneaux solaires
durant l'exposition à la lumière du soleil et sont déchargées durant les phases
d'obscurité. La décharge des batteries était partielle et les cycles charge/décharge
rigoureusement identiques. Les scientifiques de la NASA ont alors remarqué que les
batteries, au bout d'un certains nombres de cycles, refusaient de fournir plus d'énergie
qu'elles en avaient l'habitude. Les batteries avaient « mémorisé », en quelque sorte, un
seuil de décharge partiel et refusaient de se décharger au-delà de ce seuil.
Ce phénomène est en fait inexistant en ce qui concerne les usages classiques des
accumulateurs électriques.
II.2) L’abus de langage
On désigne aussi par « effet mémoire » une perte apparente de capacité.
Une surcharge ou une température élevée vont provoquer un changement dans la
structure des cristaux de cadmium de l’électrode négative.
(Transparent cristaux de cadmium)
Ces gros cristaux ont une tension nominale de 1.08V environ. Les appareils usuels
nécessitent une tension d’environ 1.10 V par pile, donc l’appareil va cesser de fonctionner
alors que la pile pourrait encore fournir de l’énergie : on a une sensation de perte
d’autonomie.
(Transparent pile usagée)
Explications : E = E°(Ni) – E°(Cd) – na - nc -ri
Gros cristaux -> surface diminue -> cinétique
(rayon * 2 -> surface * 0.5)
Il existe également un changement dans la structure des cristaux sur l’électrode
positive (l’hydroxyde de nickel passe d’un cristal bêta à un cristal gamma ?!), ce qui
entraîne une baisse d’environ 50 mV du potentiel de cette électrode.
III Réhabiliter un accumulateur usé
III.1) Le principe
Il est possible de détruire les gros cristaux de cadmium et reformer les microcristaux.
Il suffit pour cela de faire débiter l’accumulateur jusqu’à ce que sa tension soit d’1 V par
élément. On ne peut le faire dans un appareil classique, puisque ces derniers cessent de
fonctionner avant cette tension. On utilise donc un montage spécial.
A la charge suivante, des microcristaux se reforment.
III.2) L’expérience
Il nous faut donc un montage permettant de faire débiter la pile jusqu’à 1 V, mais pas
au-delà pour ne pas l’endommager (phénomène d’inversion de polarité).
Dans l’expérience : 1 pile débite dans une résistance (7.5 Omh)
Transparent résultat de l’expérience
Conclusion :
Les accumulateurs électriques que nous utilisons régulièrement nécessitent des soins
particuliers. En ce qui concerne la génération Ni-Cd, il faut éviter de réaliser des
décharges complètes à chaque cycle, mais seulement de temps en temps pour détruire
les gros cristaux de Cadmium. Il faut également éviter les températures élevées.
Quoi qu’il arrive il ne faut pas oublier que toutes les piles, rechargeables ou non,
nécessitent un traitement particulier en fin de vie. Des points de collecte en vue de les
recycler sont mis en place à cet effet.