Les accumulateurs sont des couples électrochimiques réversibles.
Dans ces dispositifs, l’énergie électrique est transformée et emmagasinée sous forme d’énergie chimique, à la charge pour être restituée sous forme d’énergie électrique, à la décharge.
Plusieurs technologies existent, qui se différencient principalement dans le choix des composants chimiques, le principe de fonctionnement restant Origines de l’accumulateur électriquesensiblement le même. Les accumulateurs électriques doivent satisfaire de nombreux critères, à commencer par l’autonomie et la quantité d’énergie stockée, la durée de vie, poids/encombrement, nombre de charges/décharges, ..
En principe, un accumulateur est constitué par
– un électrolyte,
– des matières actives qui subissent des transformations chimiques lors de la charge, puis qui reviennent à leur état primitif en donnant naissance au courant de décharge,
– des électrodes inattaquables dont le double rôle est de supporter les matières actives et d’assurer une liaison électrique entre ces dernières et l’extérieur,
– enfin un récipient renfermant le tout.
Considérations générales
Avant d’entreprendre l’étude historique des accumulateurs, il est utile d’exposer très sommairement les principales théories admises.
Une différence de potentiel peut naitre entre deux corps plongés dans un électrolyte conducteur approprié.
Le couple électrochimique ainsi formé constitue ce qu’on appelle communément une « pile électrique ».
Si le couple est irréversible, cas des piles proprement dites, les phénomènes n’ont lieu que dans un sens, qui est généralement celui de la décharge.
S’il est réversible, cas des accumulateurs, les phénomènes ont lieu dans les deux sens. La charge correspond à la formation chimique forcée du couple et la décharge utilise l’énergie électrique libérée.
Historique
C’est Gaston Planté qui a constaté en 1860 la réversibilité de cette réaction sur des électrodes de plomb et a compris le parti à en tirer au point de vue de l’accumulation.
Il a en effet, par des dispositifs spéciaux, réussi à rendre très grande l’action de l’électrolyse sur les électrodes.
Accumulateur Planté
L’accumulateur Planté, sous sa forme classique, se compose d’un vase rempli d’eau acidulée sulfurique, dans laquelle plonge une double spirale constituée par les deux électrodes en plomb roulées ensemble et maintenues à quelques millimètres l’une de l’autre par deux bandes de caoutchouc.
On obtient de cette façon un maximum de surface d’électrode compatible avec un vase donné.
Mais, si les deux électrodes étaient en plomb non modifié, elles ne pourraient suffire à constituer un accumulateur pratique.
Leur faculté d’absorption des gaz serait trop faible, et après quelques instant de charge, on verrait ces gaz se dégager sous forme de bulles, aux dépend de l’énergie fournie.
Afin de palier cet inconvénient, Planté a mis au point une opération à laquelle il a donné le nom caractéristique de « formation des plaques ».
Cette formation consiste à faire passer pendant très longtemps un courant intense à travers l’accumulateur, en inversant le sens de ce courant chaque fois que des bulles de gaz commencent à se dégager aux électrodes.
A chaque circulation de courant dans un sens donné, l’oxygène se dégageant sur l’une des électrodes forme avec le plomb une couche brune de peroxyde de plomb, tandis que sur l’autre électrode, l’hydrogène réduit la couche d’oxyde précédemment formée, la transformant en une couche noire de plomb spongieux.
A l’inversion suivante, l’oxygène ré oxyde très aisément le plomb spongieux, puis il attaque très légèrement la couche sous-jacente de plomb cohérent. L’épaisseur de la couche attaquée augmente ainsi lentement à chaque opération, de sorte que la capacité de l’accumulateur augmente graduellement.
Après quelques mois de ce laborieux débourrage, on dit que l’accumulateur est formé. Alors qu’au début les gaz se dégageaient après quelques instants de charge, ils n’apparaissent plus qu’après une charge prolongée de plusieurs heures.
L’instrument est devenu un outil industriel capable d’emmagasiner plusieurs ampères-heures par kilogramme d’électrode.
Mais quel instrument coûteux, si l’on en juge par la dépense de temps et de courant pour sa formation !
Planté découvrit la possibilité de réduire le temps de la formation au quart de ce qui était auparavant nécessaire, en faisant préalablement baigner pendant 48 heures les électrodes dans de l’acide azotique étendu.
Il y avait sans doute une altération de la surface du métal rendant moins difficile la pénétration des oxydes.
Malgré ces améliorations, la méthode de Planté fut vite dépassée par une idée simple due à Faure.
Accumulateur Faure
Au lieu de former sur les plaques une couche imperceptible d’oxyde de plomb spongieux, on recouvre ces plaques d’oxyde artificiel, puis on fait passer le courant. L’accumulateur est formé.
On peut mettre la couche d’oxyde aussi épaisse que voulue, tandis que celle de Planté avait du mal à atteindre le dixième de millimètre.
Aussi la capacité des accumulateurs Faure est elle bien plus grande.
Il ne faut pas croire qu’on peut aller indéfiniment dans cette voie de l’augmentation de l’épaisseur de la matière active car celle-ci n’est pas très conductrice du courant. En outre, surtout au pôle positif, elle foisonne à la charge comme à la décharge et peut déterminer par sa chute des courts-circuits regrettables.
Aussi les disparités entre les différents accumulateurs se résument t elles principalement à assurer le maintien et la solidité de la couche de matière active en l’englobant dans une âme métallique munie de griffes ou de rainures savamment combinées.
La forme en spirale des électrodes de Planté fut supplantée par la forme en plaques rectangulaires alternativement positives et négatives. Toutes plaques de même polarité étant reliées par un conducteur commun.
Dès 1881, Faure employait du drap pour empêcher la chute de matière active, ultérieurement remplacé par des feuilles de celluloïd (Brevet Fulmen) plus résistantes à l’acidité de l’électrolyte.
D’autres développements furent donnés, combinant les avantages des techniques de Faure et Planté ; notamment l’accumulateur à navettes de Blot, l’accumulateur Union (à plaques négatives genre Faure et à plaque positives genre Planté), ou encore l’accumulateur d’Arsonval.
Source: entraidelec.com | CC