- Construction d'une batterie au plomb
- Fonctionnement de la batterie au plomb
- Chargement de la batterie au plomb
- Décharge de la batterie au plomb
- Facteur de risque et cotes électriques
- Règles d'entretien des batteries au plomb
Presque tous les appareils portables et portables sont constitués d'une batterie. La batterie est un dispositif de stockage où l'énergie est stockée pour fournir l'énergie chaque fois que nécessaire. Il existe différents types de batteries disponibles dans ce monde électronique moderne, parmi lesquels la batterie au plomb est couramment utilisée pour une alimentation électrique élevée. Habituellement, les batteries au plomb sont de plus grande taille avec une construction dure et lourde, elles peuvent stocker une grande quantité d'énergie et sont généralement utilisées dans les automobiles et les onduleurs.
Même après avoir concurrencé les batteries Li-ion, la demande de batteries au plomb augmente de jour en jour, car elles sont moins chères et faciles à manipuler que les batteries Li-ion. Selon certaines études de marché, le marché indien des batteries au plomb devrait croître à un TCAC de plus de 9% en 2018-24. Ainsi, il a une énorme demande du marché dans l'automatisation, l'automobile et l'électronique grand public. Bien que la plupart des véhicules électriques soient livrés avec des batteries Lithion-ion, il existe encore de nombreux véhicules à deux roues électriques qui utilisent des batteries au plomb-acide pour alimenter le véhicule.
Dans le tutoriel précédent, nous avons appris sur les batteries au lithium-ion, ici nous allons comprendre le fonctionnement , la construction et les applications des batteries au plomb-acide. Nous en apprendrons également davantage sur les cotes de charge / décharge, les exigences et la sécurité des batteries au plomb-acide.
Construction d'une batterie au plomb
Qu'est-ce qu'une batterie au plomb? Si nous cassons le nom de batterie au plomb, nous obtiendrons du plomb, de l'acide et une batterie. Le plomb est un élément chimique (le symbole est Pb et le numéro atomique est 82). C'est un élément souple et malléable. Nous savons ce qu'est l'acide; il peut donner un proton ou accepter une paire d'électrons lorsqu'il réagit. Ainsi, une batterie, composée de plomb et d'acide plumbique anhydre (parfois appelée à tort peroxyde de plomb), est appelée batterie au plomb.
Maintenant, quelle est la construction interne?
Une batterie au plomb se compose des éléments suivants, nous pouvons le voir dans l'image ci-dessous:
Une batterie au plomb-acide se compose de plaques, d'un séparateur et d'un électrolyte en plastique dur avec un boîtier en caoutchouc dur.
Dans les batteries, les plaques sont de deux types, positives et négatives. Le positif est constitué de dioxyde de plomb et le négatif est constitué de plomb éponge. Ces deux plaques sont séparées à l'aide d'un séparateur qui est un matériau isolant. Cette construction totale est conservée dans un boîtier en plastique dur avec un électrolyte. L' électrolyte est de l'eau et de l'acide sulfurique.
Le boîtier en plastique dur est une cellule. Un seul magasin de cellule généralement 2.1V. Pour cette raison, une batterie au plomb de 12 V se compose de 6 cellules et fournit généralement 6 x 2,1 V / cellule = 12,6 V.
Maintenant, quelle est la capacité de stockage de charge?
Il dépend fortement de la matière active (quantité d'électrolyte) et de la taille de la plaque. Vous avez peut-être vu que la capacité de stockage de la batterie au lithium est décrite en mAh ou en milliampère-heure, mais dans le cas d'une batterie au plomb-acide, elle est en ampère-heure. Nous décrirons cela dans la section suivante.
Fonctionnement de la batterie au plomb
Le fonctionnement de la batterie plomb-acide est une question de chimie et il est très intéressant de le savoir. Il existe d'énormes processus chimiques impliqués dans l'état de charge et de décharge de la batterie au plomb. Les molécules d'acide sulfurique dilué H 2 SO 4 se décomposent en deux parties lorsque l'acide se dissout. Il créera des ions positifs 2H + et des ions négatifs SO 4 -. Comme nous l'avons déjà dit, deux électrodes sont connectées sous forme de plaques, anode et cathode. L'anode attrape les ions négatifs et la cathode attire les ions positifs. Cette liaison en anode et SO 4 - et cathode avec des électrons d'échange 2H + et qui réagit en outre avec le H2O ou avec l'eau (acide sulfurique dilué, acide sulfurique + eau).
La batterie a deux états de réaction chimique, charge et décharge.
Chargement de la batterie au plomb
Comme nous le savons, pour charger une batterie, nous devons fournir une tension supérieure à la tension aux bornes. Donc, pour charger une batterie 12,6V, 13V peut être appliqué.
Mais que se passe-t-il réellement lorsque nous chargeons une batterie au plomb?
Eh bien, les mêmes réactions chimiques que nous avons décrites précédemment. Plus précisément, lorsque la batterie est connectée au chargeur, les molécules d'acide sulfurique se décomposent en deux ions, les ions positifs 2H + et les ions négatifs SO 4 -. L'hydrogène échange des électrons avec la cathode et devient de l'hydrogène, cet hydrogène réagit avec le PbSO 4 dans la cathode et forme de l'acide sulfurique (H 2 SO 4) et du plomb (Pb). D'autre part, le SO 4 - échange des électrons avec l'anode et devient un radical SO 4. Ce SO 4 réagit avec le PbSO 4 de l'anode et crée le peroxyde de plomb PbO 2 et l'acide sulfurique (H 2 SO 4). L'énergie est stockée en augmentant la gravité de l'acide sulfurique et en augmentant la tension potentielle de la cellule.
Comme expliqué ci-dessus, les réactions chimiques suivantes ont lieu à l'anode et à la cathode pendant le processus de charge.
À la cathode
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
À l'anode
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
En combinant au-dessus de deux équations, la réaction chimique globale sera
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Il existe différentes méthodes applicables pour charger la batterie au plomb. Chaque méthode peut être utilisée pour une batterie au plomb spécifique pour des applications spécifiques. Certaines applications utilisent une méthode de charge à tension constante, certaines applications utilisent une méthode à courant constant, tandis que la charge de chatouillement est également utile dans certains cas. Normalement, le fabricant de batteries fournit la méthode appropriée pour charger les batteries au plomb spécifiques. La charge à courant constant n'est généralement pas utilisée pour la charge de la batterie au plomb.
La méthode de charge la plus courante utilisée dans les batteries au plomb est la méthode de charge à tension constante qui est un processus efficace en termes de temps de charge. En cycle de charge complet, la tension de charge reste constante et le courant diminue progressivement avec l'augmentation du niveau de charge de la batterie.
Décharge de la batterie au plomb
La décharge d'une batterie au plomb est à nouveau impliquée dans des réactions chimiques. L'acide sulfurique est sous forme diluée avec un rapport typiquement 3: 1 avec l'eau et l'acide sulfurique. Lorsque les charges sont connectées à travers les plaques, l'acide sulfurique se brise à nouveau en ions positifs 2H + et en ions négatifs SO 4. Les ions hydrogène réagissent avec le PbO 2 et font du PbO et de l'eau H 2 O. Le PbO commence à réagir avec le H 2 SO 4 et crée du PbSO 4 et du H 2 O.
De l'autre côté, les ions SO 4 - échangent des électrons à partir de Pb, créant un radical SO 4 qui crée en outre PbSO 4 réagissant avec le Pb.
Comme expliqué ci-dessus, les réactions chimiques suivantes ont lieu à l'anode et à la cathode pendant le processus de décharge. Ces réactions sont exactement opposées aux réactions de charge:
À la cathode
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
À l'anode:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
En combinant au-dessus de deux équations, la réaction chimique globale sera
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
En raison de l'échange d'électrons à travers l'anode et la cathode, l'équilibre électronique à travers les plaques est affecté. Les électrons traversent alors la charge et la batterie se décharge.
Lors de ce rejet, la gravité de l'acide sulfurique dilué diminue. De plus, en même temps, la différence de potentiel de la cellule diminue.
Facteur de risque et cotes électriques
La batterie au plomb est nocive si elle n'est pas entretenue en toute sécurité. Comme la batterie génère de l'hydrogène pendant le processus chimique, elle est très dangereuse si elle n'est pas utilisée dans la zone ventilée. De plus, une charge inexacte endommage gravement la batterie.
Quelles sont les cotes standard des batteries au plomb?
Chaque batterie plomb-acide est fournie avec une fiche technique pour le courant de charge standard et le courant de décharge. En règle générale, une batterie au plomb-acide de 12 V qui est applicable pour l'application automobile pourrait être comprise entre 100 Ah et 350 Ah. Cette cote est définie comme la cote de décharge avec une période de 8 heures.
Par exemple, une batterie de 160 Ah pourrait fournir 20 A de courant d'alimentation à la charge pendant 8 heures de portée. On peut tirer plus de courant mais il n'est pas conseillé de le faire. En consommant plus de courant que le courant de décharge maximal sur 8 heures, cela endommagera l'efficacité de la batterie et la résistance interne de la batterie pourrait également être modifiée, ce qui augmente encore la température de la batterie.
Par contre, pendant la phase de charge, il faut faire attention à la polarité du chargeur, il doit être correctement connecté avec la polarité de la batterie. L'inversion de polarité est dangereuse pour la charge de la batterie au plomb. Le chargeur prêt à l'emploi est livré avec une tension de charge et un compteur de courant de charge avec une option de contrôle. Nous devons fournir une tension supérieure à la tension de la batterie pour charger la batterie. Le courant de charge maximum doit être le même que le courant d'alimentation maximum à des taux de décharge de 8 heures. Si nous prenons le même exemple de 12V 160Ah, alors le courant d'alimentation maximal est de 20A, donc le courant de charge de sécurité maximal est le 20A.
Nous ne devons pas augmenter ou fournir un courant de charge important, car cela entraînerait de la chaleur et une augmentation de la production de gaz.
Règles d'entretien des batteries au plomb
- L'arrosage est la fonction d'entretien la plus négligée des batteries plomb-acide noyées. Comme la surcharge diminue l'eau, nous devons la vérifier fréquemment. Moins d'eau crée de l'oxydation dans les plaques et diminue la durée de vie de la batterie. Ajoutez de l'eau distillée ou ionisée si nécessaire.
- Vérifiez les évents, ils doivent être perfectionnés avec des capuchons en caoutchouc, souvent les capuchons en caoutchouc collent trop étroitement aux trous.
- Rechargez les batteries au plomb après chaque utilisation. Une longue période sans recharge permet de sulfater les plaques.
- Ne congelez pas la batterie et ne la chargez pas à plus de 49 degrés centigrades. Dans un environnement froid, les batteries doivent être complètement chargées, car elles sont plus sûres que les batteries vides en ce qui concerne le gel.
- Ne déchargez pas profondément la batterie à moins de 1,7 V par élément.
- Pour stocker une batterie au plomb, elle doit être complètement chargée, puis l'électrolyte doit être vidangé. Ensuite, la batterie deviendra sèche et pourra être stockée pendant une longue période.