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	Sommaire de cette page >>> Approche >>> Énergie des batteries actuelles >>> Batterie au plomb – Principe >>> Batterie au plomb – Relativité

BATTERIE

Enjeu essentiel pour le développement des voitures électriques. En 2010, la solution n'est pas encore satisfaisante. Les recherches sont orientées vers l'autonomie, la diminution du temps de rechargement, la taille, la sécurité et, bien entendu, le coût de revient.

Vocabulaire

Batterie: groupement de plusieurs appareils de même type (accumulateurs, piles, condensateurs, etc.) disposés en série ou en parallèle.
Batterie d'accumulateurs d'une automobile.

Batterie (électrique): appareil qui transforme l'énergie chimique en électricité et constitué de plusieurs piles ou d'accumulateurs connectées en série ou en parallèle.

(Série => à la queue leu leu; parallèle => côte à côte)

Voir DicoCulture / Apocope

APPROCHE

Technologie classique en 2010: Cathode (+) Dioxyde de cobalt Électrolyte Sels de lithium Anode (–) Graphite Performance – densité énergétique: Typique (Ni-Mh) 100 Wh /kg Nickel-hydrure métallique Maximale existante (Li) 200 Wh /kg Lithium-ion Espoir ? 600 Wh /kg Recherche CNRS Carburant liquide 10 000 Wh /kg à titre de comparaison Durée de chargement Prise 16 ampères 8 h Prise 32 ampères 5 h Batterie typique (ex: VW Golf Blue-e-motion prévue pour 2014) Capacité totale 26, 5 kWh Capacité utile 18 kWh

Voir Unités d'énergie et de puissance

D'après Science et Vie – Automobile 2010 et l'Express 19/01/2011

Énergie des batteries actuelles
Type Densité Densité en Wh/kg en Wh/litre Carbone-Zinc 35 90 Plomb 40 100 Ni-Cad 40 140 Ni-Mh 100 300 Alcaline longue durée 110 320 Lithium-ion 130 230 Lithium-polymère 200 300 Une batterie de 20 kWh pèsera typiquement: 100 Wh 1 kg 1 kWh 10 kg 20 kWh 200 kg

Batterie au plomb – Principe

Il s'agit de la batterie d'accumulateurs classique qui est sous le capot de votre voiture, dans sa boîte en bakélite, généralement noire ou grise. Invention de Gaston Planté, physicien français, en 1859. Constitution Électrode négative (anode): plaque remplie de plomb « spongieux »; Électrode positive (cathode): plaque contenant une pâte d'oxyde de plomb (dioxyde); Électrolyte: solution diluée d'acide sulfurique; Séparateurs: feuilles rectangulaires, placées entre les plaques positives et les plaques négatives. Fonctionnement: Électrode négative: production d'électrons et d'ions de plomb; Les électrons parcourent le circuit électrique extérieur et Les ions de plomb et les ions sulfates de l'électrolyte forment du sulfate de plomb. Électrode positive: les électrons en provenance du circuit avec les ions hydrogène de l'électrolyte et l'oxyde de plomb forment de l'eau. Le plomb et l'acide sulfurique forment du sulfate de plomb. Schéma de principe (simplifié): En bref: le plomb métallique libère des électrons lorsqu'il réagit avec la solution, et de l'autre, le dioxyde de plomb en capture. Note: par convention, le courant électrique circule du plus vers le moins, soit dans le sens inverse des électrons. Explications La batterie engendre une circulation d'électrons – d'électricité – dans le circuit électrique: ici, une ampoule; dans une voiture, il s'agit du moteur électrique du démarreur et des accessoires électriques de la voiture. La batterie au plomb se décharge progressivement dans ce circuit électrique en "consommant" les électrodes et l'acide sulfurique pour produire de l'eau et du sulfate de plomb. Une circulation forcée d'électrons dans l'autre sens – accumulateur branché sur une source d'électricité – provoque la réaction inverse et régénère les électrodes et l'électrolyte. La batterie se charge. Formululation des réactions chimiques

Anglais: Lead-acid battery

Batterie au plomb – Relativité

La tension délivrée par chaque accumulateur ("chaque pile") est toujours de 2,1 volts. Une batterie est constituée de six accumulateurs montés en série. Elle délivre 12,6 volts en pleine charge et, on considère qu'elle est déchargée lorsque la tension descend à 10,8 volts. Le démarreur d'une voiture automobile requiert une grande intensité (de 80 à 400 ampères) pour mettre en route le moteur de la voiture. La constance de la tension est due notamment à un effet relativiste! C'est une découverte de 2011 par des chercheurs suédois et finlandais. Le plomb est un élément chimique lourd: son numéro atomique est 82. Les électrons les plus proches du noyau ont une vitesse qui monte à 60% de la vitesse de la lumière; ceux les plus lointains sont déjà à 1%. À ces vitesses, les effets relativistes ne sont pas négligeables. La masse d'une particule augmente avec la vitesse. Du fait de la vitesse, les électrons du plomb prennent de la masse, ou du moins de l'énergie selon la formule célèbre: E = mc². L'effet relativiste expliquerait 80% de l'énergie de la batterie. L'électrode de plomb libère des électrons de la couche externe peu d'effet sur la masse. faible quantité d'énergie pour arracher les électrons. L'électrode en dioxyde de plomb capture des électrons qui vont graviter dans les couches profondes effet important sur la masse; ces électrons sont dotés d'un supplément d'énergie. forte quantité d'énergie récupérée. La puissance de la batterie au plomb s'expliquerait donc par la différence entre les électrons au départ et à l'arrivée.

Sources: Encarta 2003 / Science et Vie – Août 2011 / Sites Internet

Suite	Loi d'Ohm Énergie
Voir	Électrodes Électronique - Bases Éléments chimiques Histoire de l'électronique Montage de résistances Sciences – Index Tube triode
Junior	Notion d'électricité, moteur, voiture électrique (fichier .ppt)
DicoNombre	Nombre 200
Site	Battery Energy Tables. Batterie au plomb – Wikipédia Rechargeable battery – Wikipedia Battery basics (schemas) Les batteries de voitures doivent beaucoup... à la relativité d’Einstein
Cette page	http://villemin.gerard.free.fr/aScience/Electron/Batterie.htm