Cours : L’énergie chimique

Pile ou batterie

Généralités

La décharge d'une pile ou d'un accumulateur est une transformation chimique spontanée.

La charge est quant à elle une réaction forcée, qui produit des effets indésirables :

  • Formation de gaz dans l'électrolyte
  • Formation de dendrites (excroissances) sur les électrodes, pouvant aller jusqu'à un court-circuit.

Formation de dendrites

Pour rendre les accumulateurs rechargeables, il a donc fallu lutter contre ces effets :

  • Trouver des électrolytes qui ne se décomposent pas lors de la charge en produisant du gaz
  • Modifier les électrodes (traitement, structure...) pour limiter la formation de dendrites.

Les piles sont donc des générateurs de tension continue à usage unique (non rechargeable) contrairement aux accumulateurs (ou batteries)

Associations

Les piles et les accumulateurs peuvent être associés selon les objectifs :

En série : Les tensions s'ajoutent

piles montées en série

Exemple : pour obtenir une batterie de 4,5 V on place 3 batteries de 1,5V en série

En parallèle : Les intensités s'ajoutent

piles montées en parallèle

Exemple : si une pile permet de délivrer 100 mA, en mettre 3 en parallèle permettra d'obtenir 300 mA

Énergie stockée

L'énergie stockée dans une pile (ou batterie) est proportionnelle à sa tension nominale (V) et à la quantité d'électricité qu'elle contient (C ou A.h).


\boxed {\Large{W (W.h) = Q (A.h) \times U (V)}}

La durée de charge dépend de l'intensité de la charge.

C'est une autre façon de voir la définition de l'intensité (débit de charge I = Q / t ).


\boxed {\Large{t (h) = \frac{Q (A.h)}{I (A)}}}

icone attention

L'unité A.h est très utilisée pour les batteries et les piles, mais les unités du système international sont le C (Coulomb) en sachant que 1C = 1 A/s


Caractéristiques des piles et accumulateurs

Le choix d'une pile (ou batterie) est souvent motivé par certaines caractéristiques :

  • La tension nominale (en V) : un moteur qui fonctionne sous 6V devra être alimenté par une batterie 6V.
  • La quantité d'énergie stockée (en A.h) : elle donne l'autonomie de la batterie.
  • L'énergie massique (W.h.kg-1) : elle est déterminante pour la masse de la batterie.
  • Les cycles de charge-décharge  : ils déterminent la durée de vie de la batterie


Le courant de charge (qui s'exprime en C) permet de déterminer l'intensité qui circule dans la batterie lors de la charge. On utilise pour cela l'expression suivante :

\boxed {\Large{I (A) = Q (A.h) \times C (C)}}


Exemple : une batterie de 60 A.h chargée à 2 C sera traversée par un courant de 120 A

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