Éd. 1971-1976accumulateur électrique
Appareil emmagasinant de l’énergie électrique sous forme chimique pour la restituer, à volonté, sous forme de courant.
Historique
C’est en 1801 que Nicolas Gautherot (1753-1803) établit le principe de la réversibilité des piles, mais ce sont les recherches de Planté qui aboutirent à la découverte de l’accumulateur au plomb, à électrolyte acide, en 1859. À cette époque, les accumulateurs ne pouvaient être rechargés que par le courant continu fourni par des piles, et ils ne prirent le développement considérable qu’on leur connaît qu’à partir du jour où la dynamo Gramme fit son apparition, permettant la production économique du courant nécessaire à leur recharge.
Pendant plusieurs dizaines d’années, l’accumulateur Planté, perfectionné sur différents points, fut le seul utilisé, puis d’autres types d’accumulateurs à électrolyte alcalin furent mis au point : vers 1900 aux États-Unis par Edison (éléments au fer-nickel) et en Suède par Valdemar Jungner (1869-1924) [éléments au cadmium-nickel]. Quant à l’accumulateur à l’argent, il fut réalisé, il y a une vingtaine d’années, par H. André.
Qu’est-ce qu’un élément galvanique ?
D’après la Commission électrotechnique internationale, une cellule galvanique est une cellule électrolytique qui transforme l’énergie fournie par des réactions chimiques en énergie électrique, le terme élément galvanique s’appliquant à une forme pratique de réalisation d’une telle cellule.
Si l’on brûle un combustible (carbone) dans un comburant (oxygène), la quantité de chaleur dégagée correspond à l’énergie libérée par le changement de disposition des atomes de carbone et d’oxygène dans les produits de combustion ; le mouvement d’électrons qui accompagne ce processus peut être assimilé à un courant de court-circuit entre atomes.
Au contraire, si le carbone et l’oxygène sont séparés par un électrolyte, la réaction ne peut se produire que par l’intermédiaire d’ions :
4e + O2 → 2O– –,
C + 2O– – → CO2 + 4e,
et le passage des électrons échangés s’effectue en réunissant les électrodes de la pile par un circuit extérieur.
Dans un élément galvanique, les réactions qui fournissent l’énergie sont toujours des réactions de combustion, à condition de concevoir ce terme sous sa forme la plus générale, afin qu’il corresponde à toute réaction dans laquelle un combustible change de degré d’oxydation en cédant un ou plusieurs électrons. On classe les éléments galvaniques en trois catégories :
• les piles ordinaires, où combustible et comburant sont présents dans la pile en quantité limitée, la pile étant épuisée lorsque tout le combustible est consommé ;
• les piles à combustible, où combustible et comburant sont stockés à part, de façon à alimenter continuellement l’élément ; le fonctionnement de ce dernier est donc de durée illimitée tant que son réapprovisionnement est assuré ;
• l’accumulateur, ou pile réversible, dans lequel la réaction de combustion fournit des produits qui restent dans l’élément et qu’il est possible de régénérer par passage en sens inverse du courant, afin de permettre à l’élément de retrouver son état initial, autrement dit d’être rechargé.
Un même couple combustible-comburant peut servir à la réalisation de ces trois types d’éléments. C’est, par exemple, le cas du couple zinc-oxygène, utilisé dans la pile ordinaire au zinc (pile à dépolarisation par l’air), dans certaines piles à combustible, dans lesquelles l’électrode de zinc peut être facilement remplacée après consommation, ou dans l’accumulateur zinc-air, rechargeable par le courant de la General Atomic Co. américaine.
Constitution des accumulateurs électriques
Un accumulateur électrique comporte, à côté de constituants essentiels, nombre d’accessoires. Parmi les premiers, il faut considérer :
— les matières actives positive et négative qui, par l’énergie libérée lors de leur réaction, permettent la production d’énergie électrique. Ces matières retrouvent leur état initial au cours de la recharge ;
— les supports de la matière active, dont le rôle est de soutenir les matières actives, constituées généralement de substances pulvérulentes agglomérées, et d’assurer la distribution du courant jusqu’aux particules de matière. L’ensemble matière active et support constitue une électrode ;
— l’électrolyte, liquide conducteur dans lequel sont plongées les électrodes ; il permet les échanges ioniques entre celles-ci, tout en prenant parfois part aux réactions de décharge et de charge ;
— les séparateurs, qui complètent le soutien de la matière active, isolent les électrodes de polarité opposée et assurent leur écartement ;
— le bac, ou récipient, à l’intérieur duquel sont logés tous les constituants qui précèdent.
Parmi les accessoires, il faut citer les bornes reliant l’accumulateur au circuit extérieur, les tiges polaires et divers conducteurs assurant la distribution du courant entre les bornes et les plaques, les connexions permettant l’association des éléments unitaires en série ou en parallèle pour constituer les batteries, les bouchons permettant le remplissage, le départ des gaz formés pendant la charge, et enfin les caisses de groupement facilitant la manutention des batteries.
Accumulateur au plomb
Dans cet accumulateur, l’électrolyte est constitué en fin de charge d’une solution d’acide sulfurique à la concentration d’environ 28 p. 100.
Les matières actives positive et négative sont respectivement du peroxyde de plomb PbO2 et du plomb spongieux. Les supports sont de différents types : grilles en plomb antimoine dans le cas des batteries de démarrage, tubes perforés en ébonite ou en matériaux rigides et poreux dans les batteries de traction, plaques de plomb comportant des ailettes dont la surface est peroxydée dans le cas des éléments stationnaires.
Les séparateurs sont constitués de feuilles microporeuses, de feutres de fils de verre ou synthétiques, de simples feuilles de bois, de feuilles perforées et ondulées en plastique ou en ébonite, etc.
Les bacs sont exécutés en matériaux très divers : plastique, ébonite, grès ou autres matières isolantes résistant à l’acide.