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Transformation chimique et transfert d’énergie sous forme électrique

lundi 6 février 2017, par jbernaud

1°) Caractéristiques et évolutions technologiques

  • 1.1) Piles

Pile Volta ( vers 1800) Zinc, Cuivre et eau salée

Pile saline (vers 1866) Zinc, dioxyde de Manganèse chlorure de zinc et d’ammonium densité d’énergie massique : 80 Wh/kg

Pile alcaline (vers 1950) Acier + poudre de zinc, gel de potasse et dioxyde de manganèse densité d’énergie massique : 100 Wh/kg

Pile à l’oxyde d’argent (pile bouton) Oxyde d’argent, zinc et gel de potasse densité d’énergie massique : 130 Wh/kg

Pile au lithium (1977)

Pile à combustible

  • 1.2) Batteries ou accumulateur

Au plomb, Oxyde de plomb, Plomb et acide sulfurique vers 1860 densité d’énergie massique : 40 Wh/kg NiCd , Nickel, Cadnium et gel de potasse vers 1950 densité d’énergie massique : 60 Wh/kg NiMH, Nickel, Métal hydrure et gel de potasse vers 1990 densité d’énergie massique : 80 Wh/kg Li ions, Oxyde métallique+ Lithium, carbone et sel de Lithium vers 2000 densité d’énergie massique : 150 Wh/kg

2°) Principe de fonctionnement (rappel oxydo-réduction : voir TP ci-joint)

  • 2.1) Les piles

Une pile est un générateur qui transforme de l’énergie chimique fournie par une réaction d’oxydoréduction spontanée en énergie électrique. En effet, lorsque les espèces chimiques participant à une réaction d’oxydoréduction sont séparées, il est possible de réaliser un transfert d’électrons spontané et indirect du réducteur vers l’oxydant, par l’intermédiaire d’un conducteur métallique.

Une pile est ainsi constituée de deux compartiments séparés (demi-piles) comportant chacun une électrode, et d’une jonction électrochimique permettant de relier les deux demi-piles.

Les ions présents dans le pont salin n’interviennent pas dans la réaction d’oxydoréduction. Leur rôle est de permettre le passage du courant dans la pile et d’assurer la neutralité électrique des solutions.

Illustration sur la pile Daniell

Batterie au plomb (BacSTI2D Sept.2014 AG )

Accumulateur lithium-ion

Pile à combustible (activité et BacSTI2D Juin 2013 AG)

Accumulateur Nickel-hydrure (BacSTI2D Polynésie 2013)

3°) Caractéristiques essentielles d’une batterie d’accumulateurs Capacité Q d’une batterie : quantité d’électricité exprimée en Ah

la capacité Q (en Coulomb : C) se calcule à l’aide de relation Q = ne- x F

ne- : quantité d’électrons (en mol) qui circule dans le circuit.

F : constante de Faraday : 1 F = 96320 C.mol-1

1 A.h = 3600 C

Courant de charge optimum : valeur de l’intensité du courant supportable pendant la charge Courant de décharge maximal : valeur de l’intensité du courant disponible un instant très bref

4°) Transfert d’énergie

Pendant la charge : Une réaction d’électrolyse permet la conversion d’énergie électrique en énergie chimique.

Pendant la décharge : Une réaction d’oxydoréduction spontanée permet la conversion d’énergie chimique en énergie électrique.

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