L ’accumulateur au plomb

T. DULAURANS

L ’accumulateur au plomb

L'accumulateur au plomb

Électrode en plomb

Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H⁺ ; SO₄^2-

Deux électrodes en plomb sont dans une solution d’acide sulfurique

Électrode en plomb

L'accumulateur au plomb

Électrode en plomb

Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H⁺ ; SO₄^2-

L’une des électrodes est recouverte d’oxyde de plomb PbO₂

Électrode en plomb recouvert

e d’oxyde de plomb

L'accumulateur au plomb

Électrode en plomb

Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H⁺ ; SO₄^2-

Électrode en plomb recouvert

e d’oxyde de plomb

Des connecteurs permettent de relier les électrodes à un circuit électrique

L'accumulateur au plomb

Électrode en plomb

Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H⁺ ; SO₄^2-

Électrode en plomb recouvert

e d’oxyde de plomb

Le fonctionnement met en jeu deux couples rédox

PbO₂/Pb²⁺ Pb²⁺ /Pb

L'accumulateur au plomb

Cet accumulateur peut fonctionner de deux façons :

Pile

spontanée générateur

décharge

Électrolyse

forcée récepteur

charge transformation

type de dipôle fonctionnement

L'accumulateur au plomb

Cet accumulateur peut fonctionner de deux façons :

Pile

spontanée générateur

décharge

Électrolyse

forcée récepteur

charge transformation

type de dipôle fonctionnement

L'accumulateur au plomb

Cet accumulateur peut fonctionner de deux façons :

Pile

spontanée générateur

décharge

Électrolyse

forcée récepteur

charge transformation

type de dipôle fonctionnement

L'accumulateur au plomb

Cet accumulateur peut fonctionner de deux façons :

Pile

spontanée générateur

décharge

Électrolyse

forcée récepteur

charge transformation

type de dipôle fonctionnement

L'accumulateur au plomb

Lors de la décharge, l’accumulateur se comporte comme une pile.

Étude de la décharge

Décharge de l'accumulateur au plomb

Électrode en plomb

Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H⁺ ; SO₄^2-

Électrode en plomb recouvert

e d’oxyde de plomb

On relie les bornes par un circuit électrique

mA COM

R A

Décharge de l'accumulateur au plomb

Électrode en plomb

Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H⁺ ; SO₄^2-

Électrode en plomb recouvert

e d’oxyde de plomb

L’ampèremètre mesure une intensité positive

mA COM

R i A i i

Décharge de l'accumulateur au plomb

Électrode en plomb

Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H⁺ ; SO₄^2-

Électrode en plomb recouvert

e d’oxyde de plomb

Cela permet de définir les polarités des bornes

mA COM

R i A i i

Décharge de l'accumulateur au plomb

Électrode en plomb

Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H⁺ ; SO₄^2-

Électrode en plomb recouvert

e d’oxyde de plomb

Dans le circuit électrique, le courant est du à la circulation des électrons

mA COM

R i A i i

e^- e^-

Décharge de l'accumulateur au plomb

Les électrons sont libérés par l’oxydation du plomb

mA COM

R i A i i

e^- e^-

Oxydation Pb = Pb²⁺ + 2 e^- 2e^-

Pb²⁺ Pb

Décharge de l'accumulateur au plomb

Cela consomme le plomb de l’électrode

mA COM

R i A i i

e^- e^-

Oxydation Pb = Pb²⁺ + 2 e^- 2e^-

Pb²⁺ Pb

Décharge de l'accumulateur au plomb

Cela consomme le plomb de l’électrode

mA COM

R i A i i

e^- e^-

Oxydation Pb = Pb²⁺ + 2 e^- 2e^-

Pb²⁺ Pb

Décharge de l'accumulateur au plomb

Les électrons sont consommés par la réduction de l’oxyde de plomb

mA COM

R i A i i

e^- e^-

Réduction

PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e^- = Pb²⁺ + 2 H₂O 2e^-

Pb²⁺

PbO₂

Oxydation Pb = Pb²⁺ + 2 e^- 2e^-

Pb²⁺ Pb

Décharge de l'accumulateur au plomb

Cela consomme l’oxyde de plomb qui recouvre l’électrode

mA COM

R i A i i

e^- e^-

Réduction

PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e^- = Pb²⁺ + 2 H₂O

Oxydation Pb = Pb²⁺ + 2 e^- 2e^-

Pb²⁺

PbO₂

2e^-

Pb²⁺ Pb

Décharge de l'accumulateur au plomb

Cela consomme l’oxyde de plomb qui recouvre l’électrode

mA COM

R i A i i

e^- e^-

Réduction

PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e^- = Pb²⁺ + 2 H₂O

Oxydation Pb = Pb²⁺ + 2 e^- 2e^-

Pb²⁺

PbO₂

2e^-

Pb²⁺ Pb

Décharge de l'accumulateur au plomb

Cela permet de définir la nature des électrodes

mA COM

R i A i i

e^- e^-

Réduction

PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e^- = Pb²⁺ + 2 H₂O

Oxydation Pb = Pb²⁺ + 2 e^-

CATHODE ANODE

2e^-

Pb²⁺

PbO₂

2e^-

Pb²⁺ Pb

L’ANODE est l’électrode sur laquelle se produit l’OXYDATION.

La CATHODE est l’électrode sur laquelle se produit la REDUCTION.

Oxydation à l’anode Pb = Pb²⁺ + 2 e^-

L’équation est celle du fonctionnement spontané :

Équation PbO

+ Pb + 4 H

= 2 Pb

+ 2 H

O

Décharge de l'accumulateur au plomb

Réduction à la cathode PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e^- = Pb²⁺ + 2 H₂O borne -

borne +

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

Lors de la charge, il se produit une électrolyse.

Il faut utiliser un générateur pour «charger» l’accumulateur.

Étude de la charge

Charge de l'accumulateur au plomb

Électrode en plomb

Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H⁺ ; SO₄^2-

Électrode en plomb recouvert

e d’oxyde de plomb

On relie les bornes par un circuit électrique contenant un générateur

générateur

La borne + du générateur est reliée à l’électrode d’oxyde de plomb

Charge de l'accumulateur au plomb

Électrode en plomb

Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H⁺ ; SO₄^2-

Électrode en plomb recouvert

e d’oxyde de plomb

Le générateur impose le sens du courant

générateur

i i

Charge de l'accumulateur au plomb

Électrode en plomb

Solution concentrée d’acide sulfurique : 2 H⁺ ; SO₄^2-

Électrode en plomb recouvert

e d’oxyde de plomb

générateur

Dans le circuit électrique, le courant est du à la circulation des électrons

e^- e^-

i i

Charge de l'accumulateur au plomb

générateur

Les électrons sont consommés par la réduction des ions plomb II

e^- e^-

i i

Réduction Pb²⁺ + 2 e^- = Pb 2e^-

Pb²⁺ Pb

Charge de l'accumulateur au plomb

générateur

Cela forme du plomb solide qui se dépose sur l’électrode

e^- e^-

i i

Réduction Pb²⁺ + 2 e^- = Pb 2e^-

Pb²⁺ Pb

Charge de l'accumulateur au plomb

générateur

Cela forme du plomb solide qui se dépose sur l’électrode

e^- e^-

i i

Réduction Pb²⁺ + 2 e^- = Pb 2e^-

Pb²⁺ Pb

Charge de l'accumulateur au plomb

générateur e^- e^-

i i

Réduction Pb²⁺ + 2 e^- = Pb Oxydation

Pb²⁺ + 2 H₂O = PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e^- 2e^-

Pb²⁺

PbO₂

Les électrons sont libérés par l’oxydation des ions plomb II

2e^-

Pb²⁺ Pb

Charge de l'accumulateur au plomb

générateur e^- e^-

i i

Réduction Pb²⁺ + 2 e^- = Pb Oxydation

Pb²⁺ + 2 H₂O = PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e^-

Cela forme de l’oxyde de plomb qui se dépose sur l’électrode

2e^-

Pb²⁺

PbO₂

2e^-

Pb²⁺ Pb

Charge de l'accumulateur au plomb

générateur e^- e^-

i i

Réduction Pb²⁺ + 2 e^- = Pb Oxydation

Pb²⁺ + 2 H₂O = PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e^-

Cela forme de l’oxyde de plomb qui se dépose sur l’électrode

2e^-

Pb²⁺

PbO₂

2e^-

Pb²⁺ Pb

Charge de l'accumulateur au plomb

générateur e^- e^-

i i

Réduction Pb²⁺ + 2 e^- = Pb Oxydation

Pb²⁺ + 2 H₂O = PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e^-

Cela permet de définir la nature des électrodes

CATHODE ANODE

2e^-

Pb²⁺

PbO₂

2e^-

Pb²⁺ Pb

L’ANODE est l’électrode sur laquelle se produit l’OXYDATION.

La CATHODE est l’électrode sur laquelle se produit la REDUCTION.

Oxydation à l’anode Pb²⁺ + 2 H₂O = PbO₂ + 4 H⁺ + 2 e^-

L’équation est celle du fonctionnement forcé :

Équation 2 Pb

+ 2 H

O = PbO

+ Pb + 4 H

Charge de l'accumulateur au plomb

Réduction à la cathode Pb²⁺ + 2 e^- = Pb

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 spontanée

pile anode

- de la pile

cathode

+ de la pile

Charge forcée récepteur

cathode

reliée au - du générateur

anode

reliée au + du générateur

transformation type de dipôle

électrode de Pb

électrode de PbO₂

L'accumulateur au plomb

Décharge spontanée générateur

anode

- de la pile

cathode

+ de la pile

Charge forcée récepteur

cathode

reliée au - du générateur

anode

reliée au + du générateur

transformation type de dipôle

électrode de Pb

électrode de PbO₂

L'accumulateur au plomb

Décharge spontanée générateur

anode

- de la pile

cathode

+ de la pile

Charge forcée récepteur

cathode

reliée au - du générateur

anode

reliée au + du générateur

transformation type de dipôle

électrode de Pb

électrode de PbO₂

L'accumulateur au plomb

Décharge spontanée générateur

anode

- de la pile

cathode

+ de la pile

Charge forcée récepteur

cathode

reliée au - du générateur

anode

reliée au + du générateur

transformation type de dipôle

électrode de Pb

électrode de PbO₂

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).