L ’accumulateur au plomb T. DULAURANS L'accumulateur au plomb Deux électrodes en plomb sont dans une solution d’acide sulfurique Électrode en plomb Électrode en plomb Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H+ ; SO42- L'accumulateur au plomb L’une des électrodes est recouverte d’oxyde de plomb PbO2 Électrode en plomb recouverte d’oxyde de plomb Électrode en plomb Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H+ ; SO42- L'accumulateur au plomb Des connecteurs permettent de relier les électrodes à un circuit électrique Électrode en plomb recouverte d’oxyde de plomb Électrode en plomb Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H+ ; SO42- L'accumulateur au plomb Le fonctionnement met en jeu deux couples rédox PbO2/Pb2+ Électrode en plomb recouverte d’oxyde de plomb Pb2+ /Pb Électrode en plomb Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H+ ; SO42- L'accumulateur au plomb Cet accumulateur peut fonctionner de deux façons : Pile Électrolyse transformation spontanée forcée type de dipôle générateur récepteur fonctionnement décharge charge L'accumulateur au plomb Cet accumulateur peut fonctionner de deux façons : Pile Électrolyse transformation spontanée forcée type de dipôle générateur récepteur fonctionnement décharge charge L'accumulateur au plomb Cet accumulateur peut fonctionner de deux façons : Pile Électrolyse transformation spontanée forcée type de dipôle générateur récepteur fonctionnement décharge charge L'accumulateur au plomb Cet accumulateur peut fonctionner de deux façons : Pile Électrolyse transformation spontanée forcée type de dipôle générateur récepteur fonctionnement décharge charge L'accumulateur au plomb Étude de la décharge Lors de la décharge, l’accumulateur se comporte comme une pile. Décharge de l'accumulateur au plomb On relie les bornes par un circuit électrique mA R Électrode en plomb recouverte d’oxyde de plomb COM A Électrode en plomb Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H+ ; SO42- Décharge de l'accumulateur au plomb L’ampèremètre mesure une intensité positive mA R i Électrode en plomb recouverte d’oxyde de plomb i COM A i Électrode en plomb Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H+ ; SO42- Décharge de l'accumulateur au plomb Cela permet de définir les polarités des bornes mA R i Électrode en plomb recouverte d’oxyde de plomb i COM A i Électrode en plomb Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H+ ; SO42- Décharge de l'accumulateur au plomb Dans le circuit électrique, le courant est du à la circulation des électrons mA R i Électrode en plomb recouverte d’oxyde de plomb e- i COM A i eÉlectrode en plomb Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H+ ; SO42- Décharge de l'accumulateur au plomb Les électrons sont libérés par l’oxydation du plomb mA R i i COM A i e- e2ePb2+ Pb Oxydation Pb = Pb2+ + 2 e- Décharge de l'accumulateur au plomb Cela consomme le plomb de l’électrode mA R i i COM A i e- e2ePb2+ Pb Oxydation Pb = Pb2+ + 2 e- Décharge de l'accumulateur au plomb Cela consomme le plomb de l’électrode mA R i i COM A i e- e2ePb2+ Pb Oxydation Pb = Pb2+ + 2 e- Décharge de l'accumulateur au plomb Les électrons sont consommés par la réduction de l’oxyde de plomb mA R i i COM A i e- e- 2e- 2ePbO2 Pb2+ Réduction PbO2 + 4 H+ + 2 e- = Pb2+ + 2 H2O Pb2+ Pb Oxydation Pb = Pb2+ + 2 e- Décharge de l'accumulateur au plomb Cela consomme l’oxyde de plomb qui recouvre l’électrode mA R i i COM A i e- e- 2e- 2ePbO2 Pb2+ Réduction PbO2 + 4 H+ + 2 e- = Pb2+ + 2 H2O Pb2+ Pb Oxydation Pb = Pb2+ + 2 e- Décharge de l'accumulateur au plomb Cela consomme l’oxyde de plomb qui recouvre l’électrode mA R i i COM A i e- e- 2e- 2ePbO2 Pb2+ Réduction PbO2 + 4 H+ + 2 e- = Pb2+ + 2 H2O Pb2+ Pb Oxydation Pb = Pb2+ + 2 e- Décharge de l'accumulateur au plomb Cela permet de définir la nature des électrodes mA R i i COM A i e- e- CATHODE ANODE 2e- 2ePbO2 Pb2+ Réduction PbO2 + 4 H+ + 2 e- = Pb2+ + 2 H2O Pb2+ Pb Oxydation Pb = Pb2+ + 2 e- L’ANODE est l’électrode sur laquelle se produit l’OXYDATION. La CATHODE est l’électrode sur laquelle se produit la REDUCTION. Décharge de l'accumulateur au plomb L’équation est celle du fonctionnement spontané : Oxydation à l’anode Pb = Pb2+ + 2 e- Réduction à la cathode PbO2 + 4 H+ + 2 e- = Pb2+ + 2 H2O borne - borne + Équation PbO2 + Pb + 4 H+ = 2 Pb2+ + 2 H2O La décharge de l’accumulateur au plomb consomme les solides des électrodes et des ions H+ de l’électrolyte (le pH augmente). L'accumulateur au plomb Étude de la charge Lors de la charge, il se produit une électrolyse. Il faut utiliser un générateur pour «charger» l’accumulateur. Charge de l'accumulateur au plomb On relie les bornes par un circuit électrique contenant un générateur La borne + du générateur est reliée à l’électrode d’oxyde de plomb générateur Électrode en plomb recouverte d’oxyde de plomb Électrode en plomb Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H+ ; SO42- Charge de l'accumulateur au plomb Le générateur impose le sens du courant i Électrode en plomb recouverte d’oxyde de plomb générateur i Électrode en plomb Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H+ ; SO42- Charge de l'accumulateur au plomb Dans le circuit électrique, le courant est du à la circulation des électrons i Électrode en plomb recouverte d’oxyde de plomb e- générateur i eÉlectrode en plomb Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H+ ; SO42- Charge de l'accumulateur au plomb Les électrons sont consommés par la réduction des ions plomb II i e- générateur i e2ePb2+ Pb Réduction Pb2+ + 2 e- = Pb Charge de l'accumulateur au plomb Cela forme du plomb solide qui se dépose sur l’électrode i e- générateur i e2ePb2+ Pb Réduction Pb2+ + 2 e- = Pb Charge de l'accumulateur au plomb Cela forme du plomb solide qui se dépose sur l’électrode i e- générateur i e2ePb2+ Pb Réduction Pb2+ + 2 e- = Pb Charge de l'accumulateur au plomb Les électrons sont libérés par l’oxydation des ions plomb II i générateur i e- e- 2e- 2ePbO2 Pb2+ Oxydation Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + 2 e- Pb2+ Pb Réduction Pb2+ + 2 e- = Pb Charge de l'accumulateur au plomb Cela forme de l’oxyde de plomb qui se dépose sur l’électrode i générateur i e- e- 2e- 2ePbO2 Pb2+ Oxydation Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + 2 e- Pb2+ Pb Réduction Pb2+ + 2 e- = Pb Charge de l'accumulateur au plomb Cela forme de l’oxyde de plomb qui se dépose sur l’électrode i générateur i e- e- 2e- 2ePbO2 Pb2+ Oxydation Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + 2 e- Pb2+ Pb Réduction Pb2+ + 2 e- = Pb Charge de l'accumulateur au plomb Cela permet de définir la nature des électrodes i générateur i e- e- ANODE CATHODE 2e- 2ePbO2 Pb2+ Oxydation Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + 2 e- Pb2+ Pb Réduction Pb2+ + 2 e- = Pb L’ANODE est l’électrode sur laquelle se produit l’OXYDATION. La CATHODE est l’électrode sur laquelle se produit la REDUCTION. Charge de l'accumulateur au plomb L’équation est celle du fonctionnement forcé : Oxydation à l’anode Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + 2 eRéduction à la cathode Pb2+ + 2 e- = Pb Équation 2 Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + Pb + 4 H+ La charge de l’accumulateur au plomb forme les solides des électrodes et des ions H+ de l’électrolyte (le pH diminue). L'accumulateur au plomb Décharge Charge transformation spontanée forcée type de dipôle pile récepteur électrode de Pb anode cathode électrode de PbO2 - de la pile reliée au - du générateur cathode anode + de la pile reliée au + du générateur L'accumulateur au plomb Décharge Charge transformation spontanée forcée type de dipôle générateur récepteur électrode de Pb anode cathode électrode de PbO2 - de la pile reliée au - du générateur cathode anode + de la pile reliée au + du générateur L'accumulateur au plomb Décharge Charge transformation spontanée forcée type de dipôle générateur récepteur électrode de Pb anode cathode électrode de PbO2 - de la pile reliée au - du générateur cathode anode + de la pile reliée au + du générateur L'accumulateur au plomb Décharge Charge transformation spontanée forcée type de dipôle générateur récepteur électrode de Pb anode cathode électrode de PbO2 - de la pile reliée au - du générateur cathode anode + de la pile reliée au + du générateur Les accumulateurs Il n’y a pas que des accumulateurs au plomb. Il existe de nombreux autres types d’accumulateurs : - nickel-cadmium (Ni-Cd) - nickel-hydrure métallique (Ni-MH) - lithium-ion (Li-ion)... L’expression « pile rechargeable » est souvent utilisée à tort pour désigner un accumulateur. Les batteries comme celle de démarrage des automobiles ou celles des téléphones portables sont constituées de plusieurs accumulateurs associés en série (pour augmenter la f.é.m.) et/ou en parallèle (pour augmenter l’énergie emmagasinée).