I Définitions : Les piles et les accumulateurs sont des systèmes qui permettent de stocker de l’énergie sous forme d’énergie chimique et de la restituer, en temps voulu, sous forme d’énergie électrique (réaction spontanée). Ils délivrent une tension et un courant continus. Les piles sont à usage unique alors que les accumulateurs peuvent être rechargés (réaction forcée). Une batterie d’accumulateurs ou batterie est un ensemble d’accumulateurs reliés entre eux pour améliorer les caractéristiques d’un seul accumulateur. Les accumulateurs peuvent être associés en série (les tensions s’additionnent) ou en dérivation ( les courants s’additionnent) . II Caractéristiques des piles et accumulateurs : - la tension nominale U est la tension continue à vide : U en V - l’énergie disponible E est l’énergie délivrée : E en J ou en Wh - la capacité Q est la quantité d’électricité stockée : Q en C ou en A. h avec 1 A.h = 3600 C Ces trois grandeurs sont liées par la relation : E = Q U . - l’énergie massique Em est l’énergie restituée par unité de masse : Em en J.kg -1 ou Wh.kg-1 - l’énergie volumique Evol est l’énergie restituée par unité de volume : Evol en J.m-3 ou Wh.m-3 Pour les accumulateurs, le cycle de charge et de décharge représente une décharge complète suivie d’une recharge complète. Les accumulateurs ont un nombre maximal de cycles de charges et de décharges. La durée de charge (ou de décharge) dépend de l’intensité du courant débité : t = Q/I avec t, la durée de circulation du courant électrique en s ou h Q, la capacité en C ou A.h I, l’intensité du courant électrique en A Remarque : Les intensités de charge et de décharge sont souvent exprimées par des multiples et sous-multiples de la capacité Q ( exemple : batterie de 60 A.H. déchargée à 2GQ ( ou 2C ) : I = 60 x 2,0 = 120 A ) . Une oxydation correspond à une perte d’électrons. Un oxydant gagne des électrons. Une réduction correspond à un gain d’électrons. Un réducteur perd des électrons. Le sens de parcours des électrons dans les fils est opposé à celui du courant. Une pile ou un accumulateur possède deux électrodes : - l’électrode où se produit l’oxydation est l’anode. Les électrons quittent l’anode vers le circuit extérieur. - l’électrode où se produit la réduction est la cathode. Les électrons arrivent à la cathode par le circuit extérieur. L’une des électrodes constitue la borne « + » et l’autre électrode constitue la borne « -« : c’est la polarité. Pour une décharge, le courant sort de la borne « + » et les électrons y arrivent. Pour un accumulateur ou une batterie, l’anode devient cathode suivant les sens de fonctionnement (charge ou décharge) mais la polarité (bornes positive et négative ne changent pas) Il permet de faire le lien entre les quantités de matière active consommées et produites avec la quantité de matière d’électrons ayant circulé dans le circuit extérieur. Q = ne- x F avec Q la quantité d’électricité ou capacité en C ou en Ah ne- la quantité d’électrons en mol F = 96500 C la constante de Faraday en C.mol-1 Lors de son fonctionnement, une pile à combustible doit en permanence être alimentée en réactifs. Son principe repose sur l’oxydation d’un combustible (par exemple l’hydrogène) et la réduction d’un comburant (par exemple l’oxygène) aboutissant à la production d’eau L’équation bilan est : O2(g) + 2H2(g) = 2H2O(l) borne « + » : nO2 = ne−/4 et nH2O = ne−/2 borne « - » : nH2 = ne−/2 Conservation de l’énergie : Ech = Eélec + Qtherm Rendement électrique : ηelec = Eélec/Ech avec Eélec = Q U et Ech = mcombustible PCI